Il LiDAR, acronimo di Light Detection and Ranging, è una tecnologia di telerilevamento che misura le distanze rimbalzando fasci laser sulle superfici circostanti. Calcolando il tempo impiegato dalla luce riflessa per tornare alla sorgente, il sistema ricostruisce una mappa tridimensionale millimetrica dello spazio.
Nata per scopi militari e scientifici, questa soluzione ottica è ormai integrata stabilmente nei dispositivi di uso comune, dagli smartphone ai robot per la pulizia domestica.
La fisica del sensore: impulso laser contro onde radio
Il principio di base richiama il funzionamento del RADAR (Radio Detection and Ranging). Il RADAR impiega onde radio per individuare ostacoli, traiettorie e velocità di oggetti distanti.
Il LiDAR adotta invece un raggio laser concentrato, caratterizzato da una lunghezza d’onda nettamente più corta. Questa frequenza elevata garantisce una risoluzione geometrica superiore, permettendo di discernere dettagli minuscoli e la forma tridimensionale esatta dell’ambiente.
Il parametro chiave è il cosiddetto ToF (Time of Flight, o tempo di volo), l’intervallo cronometrico registrato tra l’emissione dell’impulso luminoso e la sua ricezione.
Inviando sequenze continue di impulsi, il sensore intercetta i cambiamenti di posizione nell’ambiente. Può quindi calcolare velocità vettoriale, accelerazione e orientamento angolare dei corpi in movimento.
Scansione tridimensionale di una stanza generata tramite sensore LiDAR su smartphone
Le applicazioni: dai telefoni alla guida autonoma
I sensori compatti montati sui telefoni di fascia alta non proiettano un singolo punto luminoso, ma una griglia estesa di punti laser invisibili. L’acquisizione simultanea dei dati genera una nuvola di coordinate 3D in tempo reale.
Fotografia e mappatura domestica
Nel settore mobile, il LiDAR supporta la fotografia computazionale. Fornisce all’elaboratore dati di profondità immediati per gestire la messa a fuoco istantanea e ritagliare i soggetti nei ritratti, anche in assenza di luce naturale.
La medesima mappa spaziale gestisce le app di realtà aumentata (AR), garantendo l’ancoraggio stabile degli elementi digitali sul pavimento o sulle pareti reali inquadrate dalla fotocamera.
Nei robot aspirapolvere, il modulo laser rotante collocato sulla torretta traccia la planimetria precisa delle stanze, localizzando mobili e porte per calcolare il tragitto di pulizia senza collisioni.
Sui veicoli a guida autonoma e con sistemi ADAS avanzati, matrici LiDAR ad alta potenza rilevano costantemente corsie stradali, pedoni, ciclisti e veicoli fino a centinaia di metri di distanza.
Le origini: dal 1961 allo sbarco sulla Luna
La storia del LiDAR parte nel 1961, quando la Hughes Aircraft Company mise a punto il primo prototipo sperimentale combinando emettitori laser e cronometri ottici per il tracciamento dei satelliti in orbita.
L’impiego operativo si estese rapidamente allo studio dei profili atmosferici e alla meteorologia. Nel 1971, durante la missione spaziale Apollo 15, la NASA integrò un altimetro laser LiDAR nel modulo di comando per cartografare la topografia lunare.
Archeologi e geologi hanno poi sfruttato velivoli dotati di LiDAR aereo per penetrare la fitta vegetazione delle foreste pluviali, rivelando insediamenti storici sommersi e faglie sismiche sotterranee.
