Проблема: эти системы трехмерной визуализации могут быть громоздкими, дорогими, и их трудно уменьшить до размеров, необходимых для этих многообещающих приложений. Но исследователи из Университета Колорадо в Боулдере на один большой шаг ближе к решению.
В новой статье, опубликованной в Optica, они описывают новый кремниевый чип – без движущихся частей или электроники – который улучшает разрешение и скорость сканирования, необходимые для лидарной системы.
«Мы стремимся в идеале заменить большие, громоздкие и тяжелые лидарные системы только этим плоским маленьким чипом», – сказал Натан Достарт, ведущий автор исследования, который недавно защитил докторскую диссертацию на факультете электротехники и вычислительной техники.
В современных коммерческих лидарных системах используются большие вращающиеся зеркала, которые направляют лазерный луч и тем самым создают трехмерное изображение. В течение последних трех лет Достарт и его коллеги работали над новым способом управления лазерными лучами, называемым управлением длиной волны, где каждая длина волны или «цвет» лазера направлена под уникальным углом.
Они не только разработали способ сделать это одновременно в двух измерениях, а не только в одном, но и сделали это с помощью цвета, используя "радужный" узор для получения трехмерных изображений. Поскольку лучами легко управлять, просто меняя цвета, можно одновременно управлять несколькими фазированными решетками для создания большей апертуры и изображения с более высоким разрешением.
«Мы придумали, как поместить эту двумерную радугу в маленький крохотный чип», – сказал Кельвин Вагнер, соавтор нового исследования и профессор электротехники и вычислительной техники.
Конец электрических коммуникаций
Автономные транспортные средства в настоящее время являются отраслью с оборотом 50 миллиардов долларов, а к 2026 году, по прогнозам, они будут стоить более 500 миллиардов долларов. В то время как многие автомобили на дорогах сегодня уже имеют некоторые элементы автономной помощи, такие как улучшенный круиз-контроль и автоматическое центрирование полосы движения, настоящая гонка заключается в создании автомобиля, который управляет самим собой без участия или ответственности со стороны человека-водителя.
За последние 15 лет или около того новаторы осознали, что для этого автомобилям потребуется нечто большее, чем просто камеры и радар – им понадобится лидар.
Лидар – это метод дистанционного зондирования, который использует лазерные лучи, импульсы невидимого света для измерения расстояний.
Эти лучи света отражаются от всего на своем пути, а датчик собирает эти отражения для создания точной трехмерной картины окружающей среды в реальном времени.
Лидар похож на эхолокацию со светом: он может сказать вам, как далеко находится каждый пиксель изображения. Он использовался как минимум 50 лет в спутниках и самолетах для проведения атмосферных зондирований и измерения глубины водоемов и высоты местности.
Хотя в области лидарных систем были достигнуты большие успехи, они по-прежнему остаются самой дорогой частью беспилотных автомобилей – до 70 000 долларов за штуку.
Чтобы однажды широко работать на потребительском рынке, лидар должен стать еще дешевле, меньше и менее сложным. Некоторые компании пытаются достичь этого с помощью кремниевой фотоники: новой области в электротехнике, в которой используются кремниевые чипы, которые могут обрабатывать свет.
Новое открытие исследовательской группы – важное достижение в технологии кремниевых чипов для использования в лидарных системах.
"Электрические коммуникации на пределе возможностей. Оптика должна вступить в игру, и именно поэтому все эти крупные игроки стремятся сделать технологию кремниевой фотоники промышленно жизнеспособной », – сказал Майлоš Попови?, соавтор и доцент инженерии Бостонского университета.
Чем проще и меньше эти кремниевые чипы – при сохранении высокого разрешения и точности изображения – тем больше технологий они могут быть применены, включая беспилотные автомобили и смартфоны.
Ходят слухи, что в грядущий iPhone 12 будет встроена лидарная камера, как в iPad Pro. Эта технология может не только улучшить безопасность распознавания лиц, но и однажды помочь в создании карт маршрутов восхождения, измерении расстояний и даже в определении следов животных или растений.
"Мы предлагаем масштабируемый подход к лидару с использованием чиповой технологии. И это первый шаг, первый строительный блок этого подхода », – сказал Достарт, который продолжит свою работу в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли в Вирджинии. "Впереди еще долгий путь."