[ad_1]
Когда Google представила свои первые автономные автомобили в 2010 году, вращающийся цилиндр, установленный на крышах, действительно выделялся.
Это была система обнаружения и определения дальности света автомобиля (LiDAR), которая работала как световой радар.
Вместе с камерами и радаром LiDAR наносил на карту окружающую среду, чтобы помочь этим автомобилям избегать препятствий и безопасно управлять автомобилем.
С тех пор недорогие камеры на основе чипов и радарные системы стали популярными для предотвращения столкновений и автономного вождения по шоссе.
Тем не менее, навигационные системы LiDAR остаются громоздкими механическими устройствами, которые стоят тысячи долларов.
Это может скоро измениться благодаря новому типу чипа LiDAR с высоким разрешением, разработанному Мингом Ву, профессором электротехники и компьютерных наук и содиректором Центра датчиков и исполнительных механизмов Беркли в Калифорнийском университете в Беркли.
Новый дизайн был опубликован в журнале Nature.
LiDAR Ву основан на матрице переключателей фокальной плоскости (FPSA), полупроводниковой матрице микрометровых антенн, которые собирают свет, как датчики в цифровых камерах.
По словам Ву, его разрешение в 16 384 пикселя может показаться не впечатляющим по сравнению с миллионами пикселей на камерах смартфонов, но оно затмевает 512 пикселей или меньше, которые до сих пор использовались на FPSA.
Не менее важно и то, что конструкция масштабируется до размеров мегапикселей с использованием той же технологии комплементарности металл-оксид-полупроводник (CMOS), которая используется для производства компьютерных процессоров, сказал Ву.
Это может привести к новому поколению мощных и недорогих 3D-датчиков для автономных автомобилей, а также для дронов, роботов и даже смартфонов.
Подробнее о Аккумулятор нового электромобиля может проехать 1 миллион миль.
Лидар барьеры
LiDAR работает, улавливая отражения света, излучаемого его лазером.
Измеряя время, необходимое для возвращения света, или изменения частоты луча, LiDAR может отображать окружающую среду и измерять скорость объектов, движущихся вокруг нее.
Механические системы LiDAR оснащены мощными лазерами, которые визуализируют объекты на расстоянии сотен метров даже в темноте. Они также генерируют 3D-карты с достаточно высоким разрешением, чтобы искусственный интеллект автомобиля мог различать автомобили, велосипеды, пешеходов и другие опасности.
Тем не менее, внедрение этих возможностей в чип уже более десяти лет ставит исследователей в тупик. Самый внушительный барьер связан с лазером.
«Мы хотим осветить очень большую площадь», — сказал Ву. «Но если мы попытаемся сделать это, свет станет слишком слабым, чтобы достичь достаточного расстояния. Таким образом, в качестве дизайнерского компромисса для поддержания интенсивности света мы уменьшаем области, которые мы освещаем нашим лазерным светом».
Вот тут-то и появляется FPSA. Он состоит из матрицы крошечных оптических передатчиков или антенн и переключателей, которые быстро включают и выключают их. Таким образом, он может одновременно направлять всю доступную мощность лазера через одну антенну.
МЭМС-переключатели
Однако при переключении возникают проблемы. Почти во всех системах LiDAR на основе кремния используются термооптические переключатели, которые основаны на больших изменениях температуры для создания небольших изменений показателя преломления, а также изгибают и перенаправляют лазерный свет с одного волновода на другой.
Однако термооптические переключатели большие и энергоемкие. Слишком много застрявших на чипе, и они будут генерировать слишком много тепла, чтобы работать должным образом. Вот почему существующие FPSA ограничены 512 пикселями или меньше.
Решение Ву заменяет их переключателями микроэлектромеханической системы (МЭМС), которые физически перемещают волноводы из одного положения в другое.
«Строительство очень похоже на обмен на автостраде», — сказал он. «Итак, представьте, что вы луч света, идущий с востока на запад. Мы можем механически опустить пандус, который внезапно повернет вас на 90 градусов, чтобы вы двигались с севера на юг».
Переключатели MEMS представляют собой известную технологию, используемую для маршрутизации света в сетях связи. Это первый раз, когда они были применены к LiDAR. По сравнению с термооптическими переключателями они намного меньше, потребляют гораздо меньше энергии, переключаются быстрее и имеют очень низкие потери света.
Это причина, по которой Ву может втиснуть 16 384 пикселя на чип площадью 1 квадратный сантиметр. Когда переключатель включает пиксель, он излучает лазерный луч и улавливает отраженный свет.
Каждый пиксель эквивалентен 0,6 градусам 70-градусного поля зрения массива. Быстро перемещаясь по массиву, FPSA Ву создает трехмерную картину окружающего мира. Установка нескольких из них в круглой конфигурации обеспечит 360-градусный обзор вокруг транспортного средства.
Как камеры смартфонов
Ву необходимо увеличить разрешение и диапазон FPSA, прежде чем его система будет готова к коммерциализации. «Хотя оптические антенны трудно уменьшить, переключатели по-прежнему являются самыми крупными компонентами, и мы думаем, что можем сделать их намного меньше», — сказал он.
Ву также необходимо увеличить радиус действия системы, который составляет всего 10 метров. «Мы уверены, что сможем достичь 100 метров, и верим, что сможем достичь 300 метров при постоянном совершенствовании», — сказал он.
Если он сможет, обычная технология производства КМОП обещает сделать недорогие LiDAR размером с чип частью нашего будущего.
«Вы только посмотрите, как мы используем камеры, — сказал Ву. «Они встроены в автомобили, роботов, пылесосы, оборудование для наблюдения, биометрические данные и двери. Когда мы уменьшим LiDAR до размеров камеры смартфона, появится гораздо больше потенциальных приложений».
Подробнее о То, как вы заряжаете свой смартфон, может повлиять на время его автономной работы.
Среди других соавторов исследования — Сяошэн Чжан, Кьюнгмок Квон, Йоханнес Хенрикссон и Цзяньхэн Луо из Калифорнийского университета в Беркли.
Написано Аланом С. Брауном.
[ad_2]
Source