Sensor Ultrasonik MEMS Sudut Pandang Lebar (Wide-FOV): Memperkasa Pengelakan Halangan yang Lebih Pintar untuk Robot Berkaki Dua

Apabila robot berkaki dua beroperasi dalam persekitaran yang semakin kompleks, sistem persepsi mereka perlu berkembang untuk menyesuaikan diri dengan pelbagai jenis permukaan dan halangan dinamik.
Sensor tradisional dengan sudut pandang sempit sering mengalami zon buta, yang mengehadkan keupayaan pengesanan halangan secara masa nyata.

Artikel ini memfokuskan kepada sensor ultrasonik MEMS bersudut pandang 180°, meneroka peranannya dalam pengukuran jarak dan pengelakan halangan. Ia menyorot prinsip operasi, kelebihan integrasi, serta batasan semula jadi sensor ini, dan menekankan nilainya dalam senibina gabungan pelbagai sensor (multi-sensor fusion).

1. Prinsip Teknikal dan Ciri Utama

1.1 Mekanisme Operasi

Sensor ultrasonik MEMS memancarkan gelombang bunyi 40–60 kHz melalui transduser piezoelektrik. Jarak diukur menggunakan prinsip Masa Penerbangan (Time-of-Flight, ToF).
Sudut pandang 180° dicapai melalui penggunaan lensa akustik atau susunan mikrocermin (micro-mirror array), membentuk zon pengesanan berbentuk hemisfera.

1.2 Kelebihan Geometri Sudut Pandang Lebar

Semasa pergerakan, robot berkaki dua menghadapi halangan pelbagai arah serta permukaan tidak rata.
Sensor 180° meliputi sektor jejari 5–10 meter — beberapa kali lebih luas berbanding unit 15°–30° tradisional — memberikan data persekitaran yang lebih kaya dan keupayaan ramalan yang lebih baik.

2. Fungsi Teras dalam Robot Berkaki Dua

2.1 Perancangan Gait dan Penyesuaian Permukaan

Dengan membandingkan titik jarak secara berurutan, sensor dapat mengesan perubahan ketinggian dan kecerunan:

• Pengesanan Langkah (Step Detection) – mengenal pasti perbezaan ketinggian secara mendadak;

• Anggaran Cerun (Slope Estimation) – membina semula profil permukaan berdasarkan variasi masa gema.

Maklumat ini membolehkan kawalan gait adaptif, mengelakkan tergelincir atau tersalah langkah.

2.2 Pengelakan Halangan Dinamik dan Perancangan Laluan Semula

Dalam kawasan yang dipenuhi manusia, sensor bersudut pandang lebar membolehkan:

• Amaran Awal (Early Warning) – mengesan objek dari sisi sehingga 500 ms lebih awal;

• Ramalan Pergerakan (Motion Prediction) – menganggarkan trajektori halangan melalui awan titik berbilang bingkai.

Apabila digabungkan dengan algoritma SLAM atau VFF, ia menyokong pemetaan pengelakan masa nyata.

2.3 Pelengkapan dalam Gabungan Pelbagai Sensor

Walaupun sensor ultrasonik mempunyai resolusi ruang yang terhad, ia unggul di kawasan di mana optik dan LiDAR kurang berkesan:

• Mengesan bahan lutsinar atau reflektif;

• Tahan terhadap kabut, habuk, dan variasi pencahayaan;

• Penggunaan tenaga rendah (<1 W), sesuai untuk robot mudah alih.
  

3. Pelaksanaan Sistem dan Cabaran

3.1 Pertukaran antara Ketumpatan dan Resolusi

Sudut pandang yang luas menyebarkan tenaga ke kawasan yang lebih besar; hal ini boleh diatasi dengan:

• Transmisi berkod chirp untuk nisbah isyarat-ke-hingar (SNR) yang lebih tinggi;

• Pembentukan rasuk adaptif (adaptive beamforming) untuk memfokus pada kawasan berkepentingan.

3.2 Pampasan Ralat Persekitaran

Variasi kelajuan bunyi disebabkan suhu (c = 331.5 + 0.6T m/s) dan pantulan cermin boleh menyebabkan ketidaktepatan.
Penyelesaian termasuk:

• Penentukuran suhu dalaman (onboard temperature calibration);

• Penapisan berpemberat keyakinan (confidence-weighted filtering) bagi kawasan yang terdedah kepada pantulan.
  

4. Kesimpulan

Dengan liputan panoramik dan ketahanan tinggi, sensor ultrasonik MEMS 180° merupakan lapisan penting dalam sistem persepsi persekitaran robot berkaki dua.
Sumbangannya terhadap pengenalpastian langkah, ramalan halangan, dan penyesuaian permukaan menjadikannya komponen penting bagi navigasi pintar.

Inovasi masa hadapan akan menumpukan kepada:

• Integrasi silang jalur (cross-band) dengan radar gelombang milimeter;

• Penentukuran multimodal berasaskan AI;

• Rekonstruksi medan akustik 3D untuk pembelajaran permukaan kompleks.

Kemajuan ini akan mendorong robot berkaki dua ke arah mobiliti autonomi yang lebih selamat, cekap tenaga, dan pintar sepenuhnya.