Uma equipe de cientistas liderada pelo Professor Yongkang Dong do Laboratório Nacional de Chave de Informação Espacial a Laser da Universidade de Tecnologia de Harbin, na China, propôs um sistema LiDAR de onda contínua modulada em frequência (FMCW) multifuncional capaz de realizar medição de distância de alta precisão e detecção multiparâmetro. Essa nova tecnologia, publicada na Light: Science & Applications (DOI: 10.37188/lam.2026.102), integra imagem 3D com medições simultâneas de temperatura ambiente, concentrações de gases e densidade de líquidos, abordando preocupações críticas de segurança em veículos de energia nova e naves espaciais.
Os sistemas LiDAR FMCW tradicionais são limitados à imagem 3D de alta precisão e não conseguem detectar estados internos de baterias ou parâmetros ambientais. Em veículos elétricos, a fuga térmica das baterias representa um risco significativo de segurança, e o alerta precoce requer monitoramento coordenado de múltiplos parâmetros, como temperatura, densidade do eletrólito e gases característicos. Atualmente, essas funções são realizadas por sistemas separados, levando a alta complexidade, custos elevados e desafios de integração. O novo LiDAR multifuncional aborda isso detectando sinais de eco tanto do espaço livre quanto da fibra óptica, permitindo imagem e detecção simultâneas por meio de um único demodulador.
Em experimentos de prova de conceito, o sistema conseguiu imagear uma placa de plástico com o símbolo "HIT" colocada a 30 metros de distância, com resolução ajustável variando de 0,3 cm a 1,2 cm. Simultaneamente, a densidade do eletrólito e a temperatura de uma bateria foram medidas com precisões de 3×10⁻⁵ g/mL e 0,5 °C, respectivamente. As concentrações de gases críticos para monitorar a fuga térmica — C2H2, CO2 e CH4 — foram detectadas com limites de 0,07 ppm, 48 ppm e 0,56 ppm, respectivamente.
Ao integrar o LiDAR FMCW com a reflectometria óptica no domínio da frequência (OFDR), o sistema aproveita a mesma fonte de luz contínua linearmente modulada para imagem em espaço livre e detecção baseada em fibra. Essa abordagem oferece alta resolução espacial e grande faixa dinâmica, tornando-a adequada para medir deformação, temperatura, pressão e concentração de gás. Os pesquisadores explicam que, no módulo LiDAR, a distância do alvo é calculada a partir da diferença de caminho óptico entre o pico de reflexão do colimador e o pico de reflexão do alvo. Os espectros de reflexão das redes de Bragg em fibra (FBG), cavidades Fabry-Perot (FP) e células de multipassagem (MPC) são demodulados a partir de seus picos de reflexão no domínio espacial via transformada inversa de Fourier.
A capacidade de realizar simultaneamente imagem 3D e detecção multiparâmetro com um único sistema tem implicações significativas para a segurança de veículos de energia nova. Pode combinar as funções-chave dos sistemas de direção autônoma e do gerenciamento de bateria em uma única unidade, reduzindo complexidade e custo. A tecnologia também é promissora para aplicações em naves espaciais, onde o monitoramento de parâmetros ambientais e da integridade estrutural é crucial.
O LiDAR FMCW multifuncional proposto representa um grande avanço na detecção e imagem integradas, oferecendo uma nova solução para aumentar a segurança em tecnologias emergentes.
