O mapa do asteróide

No INESC TEC, acaba de ser apresentado um LIDAR que promete ajudar a Agência Espacial Europeia a conhecer todos os detalhes do asteroide 2008 EV5.

Só em 2022, a missão Marco Polo-R deverá ter o primeiro “momento de aparato” com o lançamento de uma sonda da base de Kourou, na Guiana Francesa. O alvo já está definido: um asteróide com 450 metros de diâmetro que dá pelo nome de 2008 EVS. Para a ESA, é uma oportunidade para reforçar a posição no que toca à conquista do Espaço. Para o INESC-TEC, no Porto, a Marco PoIo-R pode ser a primeira prova de fogo de um dispositivo LIDAR 3D, que permite medir distâncias, fazer o mapeamento tridimensional de objetos e superfícies e ainda obter coordenadas necessárias para a aterragem e recolha de amostras. «Vamos criar com a EFACEC um consórcio e participar no concurso que a ESA vai lançar junto dos fornecedores de tecnologias», explica Francisco Araújo, investigador de Unidade de Optoeletrónica do INESC TEC.

Hoje, no laboratório do INESC TEC já existe um protótipo de LIDAR 3D com capacidade para produzir mapas tridimensionais num processo similar ao do sonar, mas que recorre a lasers em vez de ondas de som. Numa primeira fase, o desenvolvimento do LIDAR 3D teve por objetivo criar uma solução que poderia ser útil para a análise da qualidade de alimentos. Mais tarde, em conversa com João Pereira do Carmo, especialista em Tecnologias Espaciais que trabalha na ESA, Francisco Araújo descobriu que a solução  desenvolvida no INESC TEC também podia ser útil em missões espaciais. E foi aí que os investigadores do INESC TEC se candidataram à lnnovation Triangule Initiative, da ESA, para garantir o financiamento para o desenvolvimento do primeiro protótipo.

«Inicialmente, a ideia era desenvolver um LIDAR para uma missão a Marte, mas depois surgiu a oportunidade de concorrer ao fornecimento desta solução para a Marco Polo-R. O que não invalida que, mais tarde, esta solução seja usada em missões a Marte», acrescenta Francisco Araújo.

A escolha do fornecedor do LIDAR deverá ser conhecida no primeiro trimestre de 2014. No INESC TEC domina o otimismo: a concorrência a nível mundial é escassa, e obrigaria a ESA a recorrer a empresas norte-americanas. A este fator junta-se um outro: o protótipo criado no laboratório portuense usa uni sensor que, apesar de ter um único pixel, pode gerar imagens com resoluções 300 vezes superiores às alcançadas pelos sistemas LIDAR hoje usados nas missões espaciais. «Além disso, não precisa de fazer varrimentos de todos os pontos, o que torna mais rápido o processo de aquisição de informação do local estudado. Igualmente importante é o facto de essa informação estar já comprimida e ocupar menos largura de banda quando é transmitida», explica Filipe Magalhães, investigador da Unidade de Optoeletrónica do INESC TEC, que desenvolveu a tecnologia usada no protótipo de LIDAR do INESC TFC durante o doutoramento.

João Pereira do Carmo recorda que a tecnologia criada pelo instituto portuense tem a vantagem de poder ser usada «em várias aplicações espaciais»: «Desde ajudar à seleção de zonas seguras de aterragem à navegação de rovers em superfícies planetárias ou à deteção e rendezvous de satélites - as especificações de cada sistema variam significativamente consoante os requisitos de cada aplicação. Em determinadas aplicações, o design do sistema pode ser determinado pela resolução espacial pretendida, pela distância máxima de deteção ou pela velocidade de obtenção de cada imagem'. 

NO ESPAÇO E NÃO SÓ

O protótipo desenhado no INESC TEC foi desenvolvido com componentes de uso corrente nos laboratórios e fábricas de eletrónica, tendo um custo orçado em 30 mil euros. Os investigadores do INESC TEC admitem que o valor deste modelo laboratorial possa ser competitivo para as indústrias de automóveis, telemóveis ou projetores, mas não será esse o fator a determinar a decisão da ESA. «Numa missão espacial, é necessário desenvolver eletrônica dedicada para todas as funções, ter componentes mais resistentes, e criar uma solução mais compacta», aponta Francisco Araújo.

Hoje, quem entra no laboratório de Optoeletrónica do INESC TEC pode ver o LIDAR em funcionamento: o dispositivo emite pulsos dela- ser com uma taxa de repetição de 50 MHz e uma duração de 50 picossegundos. A curta duração de cada pulso é facilmente explicável: o LIDAR permite fazer o mapeamento de um local ou de um objeto através da captação dos reflexos que os pulsos laser produzem nas várias superfícies - e a curta duração evita que o sistema confunda pulsos originais com os reflexos das superfícies.

Os investigadores do INESC TEC preveem desenvolver um LIDAR capaz de emitir projeções com dimensões de 10 metros de largura por LO metros de comprimento, que permitem representar o espaço com resoluções que podem ir até aos 1024 por 768 pixeis. Através de combinações em que alguns pixéis apagam e desligam, de forma alternada e aleatória, o LIDAR fica em condições de obter as coordenadas tridimensionais necessárias para mapear superfícies e objetos.

Os investigadores do INESC TEC recordam que, com as devidas adaptações, esta tecnologia também pode ser útil para a análise de obras de arte ou a previsão de ocorrência de avalanches. «Também seria possível juntar a esta solução tecnologia de radiação que funciona com frequências na ordem dos THz e que permitiria saber logo o que se encontra por baixo de cada superfície que é mapeada», conclui Francisco Araújo.

DO QUE É FEITO UM LIDAR

LIDAR é a sigla de Light Detection And Ranging. Através de um LIDAR é possível mapear um objeto ou superfície em três dimensões, bem como proceder a análise espetral da luz e indicar fenómenos não visíveis pelo olho humano (exemplos: presença de pesticidas ou maturação de fruta numa unidade agrícola). Para seguir rumo ao espaço, o LIDAR do INESC TEC terá ser sujeito a um processo de aperfeiçoamento: de acordo com os requisitos impostos pela ESA, o LIDAR não pode pesar mais de 4 quilos, e deve caber numa caixa de 25 por 30 por 25 centímetros. O consumo energético não pode exceder 35 W. O LIDAR deverá estar apto a fazer medições a distâncias máximas de 5 quilómetros, recolher informação para o mapeamento de todo o asteroide a 250 metros de distância; e recolher a informação necessária para a escolha do local mais indicado para a aterragem da sonda, que deverá proceder à recolha de amostras.

Exame Informática, fevereiro de 2014