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Die US Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ist eine Behörde des amerikanischen Verteidigungsministeriums, die Forschungsprojekte für die US-Streitkräfte durchführt, darunter auch Weltraumprojekte. Das jährliche Budget beträgt etwa drei Milliarden US-Dollar. Eines der aktuellsten Projekte beschäftigt sich mit der Nutzung von thermischen Umgebungsemissionen für eine passive 3D-Sicht bei Nacht.

Autonome und halbautonome Fahrzeugsysteme benötigen eine aktive Beleuchtung, um nachts navigieren zu können. Die Nutzung von Beleuchtung wie sichtbaren Scheinwerfern oder einem anderen emittierenden System wie Lidar (Abkürzung für light detection and ranging) hat jedoch einen erheblichen Nachteil: Es ermöglicht Gegnern, die Anwesenheit eines Fahrzeugs zu erkennen, in einigen Fällen aus sehr großer Entfernung. Lidar, auch Ladar (laser detection and ranging), ist eine dem Radar verwandte Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung.

Um diese Verwundbarkeit zu beseitigen, hat DARPA das Programm „Invisible Headlights“ ins Leben gerufen. Die grundlegenden Forschungsanstrengungen zielen darauf ab, Informationen zu thermischen Umgebungsemissionen zu untersuchen und zu quantifizieren. Diese thermischen Umgebungsemissionen sind in einer Vielzahl von Umgebungen enthalten. Dazu sollen neue passive 3D-Sensoren und entsprechende Algorithmen entwickelt werden.

„Wir wollen eine vollständige, passive Navigation bei stockdunklen Bedingungen ermöglichen”, sagte Joe Altepeter, Programmmanager im DARPA-Büro für Verteidigungswissenschaften. „In den Tiefen einer Höhle oder im Dunkeln einer mondlosen, sternenlosen Nacht mit dichtem Nebel können aktuelle autonome Systeme die Umgebung nicht erfassen, ohne ein aktives Signal auszustrahlen – sei es ein Laserimpuls, ein Radar oder ein sichtbarer Lichtstrahl – all dies wollen wir aber vermeiden. Wenn die Navigationsquellen ein Signal aussenden, sind sie nicht unsichtbar und damit für dieses Programm nicht zu gebrauchen.“

Da alles, egal ob organisch oder unorganisch, Wärmeenergie abgibt, versucht das Programm, diese Wärme-Informationen besser zu verstehen und herauszufinden, welche Informationen auch mit extrem geringer Wärmeabstrahlung erfasst werden können. Anschließend sollen neuartige Algorithmen und passive Sensoren entwickelt werden, um diese Informationen in eine 3D-Szenerie zu Navigationszwecken umzuwandeln.

Das Programm

Das Programm umfasst drei Phasen. In der ersten Phase soll analysiert werden, ob die thermischen Emissionen ausreichend Informationen enthalten, um autonomes Fahren bei Nacht oder im Untergrund zu ermöglichen. Phase 2 dient der Optimierung. Dabei sollen Modelle und Versuchspläne entworfen und verfeinert werden, um die Machbarkeit von Systemen sicherzustellen, die eine 3D-Visualisierung sowohl bei niedrigen Geschwindigkeiten (<25 mph) als auch bei hohen Geschwindigkeiten (> 25 mph) ermöglichen. Und die dritte und letzte Phase soll fortgeschrittene Prototypen zum Aufbau und Testen passiver Demonstrationssysteme hervorbringen, die dann mit aktiven Sensoren konkurrieren.

„Wenn wir erfolgreich sind, könnte die Fähigkeit der Invisible Headlights das Spektrum an Missionen erweitern, in denen autonome Assets eingesetzt werden können – nachts, unter der Erde, in der Arktis und im Nebel“, sagte Altepeter. „Das grundlegende Verständnis, welche Informationen durch thermische Umgebungsemissionen verfügbar sind, könnte zu Fortschritten in vielen anderen Bereichen führen, z.B. bei der chemischen Erfassung, multispektralen Sichtsystemen und anderen Anwendungen, die Infrarotlicht nutzen.“

André Forkert