Neue Dimensionen für Smartphones
Lichterkennung und Raumvermessung – so lautet die Bedeutung der Abkürzung „LiDAR“, auch als „Laser Detection and Ranging“ bekannt. Ursprünglich in den 1960er Jahren für militärische Instrumente entwickelt und später bei der Kartographierung der Mondoberfläche sowie der Detektion von Aerosolen und Staubteilchen in der Apollo-15-Mission eingesetzt, hat sich diese Technologie kontinuierlich weiterentwickelt.
Vielseitige Anwendungsbereiche von LiDAR-Scannern:
Heute spielt LiDAR eine zentrale Rolle in verschiedenen Anwendungen, darunter:
- Autos mit Selbstfahrfunktion: Zur Erkennung von Objekten wie Radfahrern und Fußgängern.
- Roboterstaubsauger: Für Navigieren in unbekannten Umgebungen.
- Geschwindigkeitskontrollen: Einsetzbar zur genauen Messung von Geschwindigkeiten.
- Additive Fertigung: Zur Erfassung von Prototypen und insbesondere in der Medizintechnik, um präzise 3D-Modelle von patientenindividuellem Gewebe und Knochen zu erstellen.
Integration in mobile Geräte:
Die vielseitige LiDAR-Technologie hat nun Einzug in unsere Smartphones erhalten. Apple führte sie erstmals 2020 in seinen iPad Pro-Tablets ein und setzt diese Technologie seitdem in mehreren iPhone-Modellen ein, darunter das Apple iPhone 13/14 und 15 Pro (Max). Der schwarze Sensor unten rechts auf der Kamerainsel ist ein Erkennungszeichen für die Integration dieses fortschrittlichen Scanners. (siehe Abbildung 1)
Ähnliche Systeme im Vergleich:
LiDAR steht nicht allein. Vergleichbare Systeme wie das Radar für Flugüberwachung oder Verkehrskontrolle und die Time-of-Flight (ToF)-Sensoren, welche einen einzigen Infrarot-Lichtimpuls zur Erstellung einer 3D-Karte verwenden und häufig in Android-Smartphones eingesetzt werden. Des Weiteren ist die Fotogrammetrie, welche hochauflösende RGB-Fotos aus verschiedenen Blickwinkeln verknüpft, dieses Technologiepanoramas.
Der LiDAR vereint diese unterschiedlichen Funktionsweisen und ermöglicht die präzise Ermittlung von 3D-Daten in einem kompakten elektronischen System ohne bewegliche Teile auf kleinstem Bauraum. Dies macht ihn äußerst attraktiv als Ergänzung in mobilen Geräten wie Tablets und Smartphones.
Funktionsweise des LiDAR-Scanners:
Der LiDAR-Scanner verwendet für das menschliche Auge unsichtbare und ungefährliche Laserstrahlen im niedrigen Infrarotbereich. Die Funktionsweise umfasst das Aussenden von Lichtimpulsen auf verschiedene Teile einer Szene. Das reflektierte Licht wird vom Sensor erfasst und daraus die Zeitdifferenz und empfangene Lichtfrequenz ermittelt, woraus sich Entfernungen und Geschwindigkeiten von Objekten ableiten lassen.
Ergebnisse und Potenzial:Die Ergebnisse sind beeindruckend. LiDAR ermöglicht nicht nur die Echtzeit-3D-Modellierung von Umgebungen, sondern auch eine präzise Bewegungserkennung. In Kombination mit Kamera-Aufnahmen und Bewegungssensoren sowie der Verarbeitung durch leistungsstarke Prozessoren und
Computer-Vision-Algorithmen eröffnen sich neue Dimensionen für Anwendungen wie der Augmented Reality (AR). Hierbei werden virtuelle Gegenstände in reale Umgebungen eingebaut und umgekehrt z.B. durch das Programmiergerüst “ARKit“ von Apple. Einsetzen lässt sich die AR nicht nur in weit verbreiteten Spielen wie Pokemon-Go oder im Shopping-Bereich wie etwa durch Ikea oder Zalando, sondern auch in der Medizintechnik.
Die Anatomie-App „Complete Anatomy“ bietet durch Augmented Reality eine einzigartige Möglichkeit, komplexe anatomische Zusammenhänge zu visualisieren und zu verstehen. Die realistische Simulation von Sezierkursen und anatomischen Untersuchungen in Echtzeit inszeniert eine immersive Erfahrung für das medizinische Personal und fördert ein praxisnahes und interaktives Lernen.
Die Erfassung von Objekten und die Erstellung von 3D-Modellen mit einem mobilen Gerät beschleunigt und vereinfacht beispielsweise die Aufnahme patientenindividueller Körperformen für Prothesen, Orthesen und Reha-Technik. Zukünftig könnte die Erfassung von Bewegungen von Patienten sogar motorische Einschränkungen erkennen.
Mit einer Reichweite von bis zu fünf Metern in Innenräumen eröffnet der in Apple-Geräten verbaute LiDAR-Scanner die Möglichkeit, auch umfangreiche handgefertigte oder abgeänderte Bauteile als 3D-Modell erfassen, zu bearbeiten und in stl-Dateien zu überführen um sie über additive Herstellungsverfahren wie dem 3D-Druck zu vervielfältigen. Diese Herangehensweise lässt sich besonders gut im Bau von Prototypen einsetzen.
Das Potenzial dieser Technologie kann durch Sensoren mit höherer Auflösung weiter gesteigert werden, um auch kleine und dünne Gegenstände zuverlässig zu erfassen und die Genauigkeit von Maßen zu steigern. Die LiDAR-Technologie hat nicht nur die Art und Weise, wie wir unsere Umgebung wahrnehmen, revolutioniert, sondern eröffnet auch eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten in der Medizintechnik und in der additiven Fertigung.
Insgesamt verspricht die Integration von LiDAR-Scanner in den Arbeitsalltag eine interessante Zukunft für die additive Fertigungsindustrie. Gerne wollen wir als „Institut für Polymer- und Produktionstechnologien“ über diese und viele weitere spannende Innovationen im Bereich der additiven Fertigung mit Ihnen im Rahmen von individuellen Workshops diskutieren! Die Teilnahme ist kostenfrei und soll explizit kleinen und mittleren Unternehmen helfen, neue Chancen und Herausforderungen der Digitalisierung zu erkennen und umsetzen zu können. Tauchen Sie ein in die vielversprechende Zukunft des 3D-Drucks und erfahren Sie in kommenden NEWS-Beiträgen mehr über unsere Kompetenzen im Bereich der Additiven Fertigung und Materialentwicklung sowie über die neusten Entwicklungen und Technologien im FDM-Prozess.
Offen für alle Branchen. Kostenfreie Teilnahme!
Workshops:
Additive Fertigungsverfahren – Basic
Additive Fertigungsverfahren – Advanced
NextGen FDM-Technologien
Ort:
Institut für Polymer- und Produktionstechnologien e.V.
Alter Holzhafen 19, 23966 Wismar
Bei Interesse melden Sie sich gerne bei uns:
Claudia Kremp: kremp@ipt-wismar.de