Lidar Technology — чип MEMS обеспечивает рекордное разрешение

Твердотельный лидар с высоким разрешением, использующий массив МЭМС-переключателей, снизит свою стоимость до уровня недорогих камер и радарных систем на базе чипов, что устранит главный барьер на пути внедрения лидара в автономные транспортные средства.

Несмотря на то, что недорогие камеры и радарные системы на основе микросхем стали популярными для предотвращения столкновений и автономного вождения по шоссе, лидарные навигационные системы остаются громоздкими механическими устройствами, которые стоят тысячи долларов.

Это может скоро измениться благодаря новому типу лидарного чипа с высоким разрешением, разработанному Мингом Ву, профессором электротехники и компьютерных наук и содиректором Центра датчиков и исполнительных механизмов Беркли в Калифорнийском университете в Беркли.

Лидар Ву основан на матрице переключателей фокальной плоскости (FPSA), полупроводниковой матрице микронных антенн, которые собирают свет, как датчики в цифровых камерах. 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 можно было найти на FPSA, – сказал Ву.

По словам Ву, дизайн масштабируется до размеров мегапикселей с использованием той же технологии комплементарных металлов-оксидов-полупроводников (CMOS), которая используется для производства компьютерных процессоров. Это может привести к появлению нового поколения мощных и недорогих 3D-датчиков не только для автономных автомобилей, но и для дронов, роботов и смартфонов.

Механические лидарные системы используют лазеры для визуализации объектов на расстоянии сотен метров даже в темноте. Они также создают 3D-карты с достаточно высоким разрешением, чтобы искусственный интеллект автомобиля мог различать автомобили, велосипеды, пешеходов и другие препятствия.

Тем не менее, внедрение этих возможностей в чип уже более десяти лет не позволяет исследователям зайти в тупик.

«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 площадь, которую освещаем нашим лазерным светом».

Этот лидар состоит из матрицы FPSA крошечных оптических передатчиков и переключателей MEMS, которые быстро включаются и выключаются, чтобы физически перемещать волноводы из одного положения в другое, направляя всю доступную мощность лазера через одну единственную антенну за раз.

Переключатели MEMS представляют собой известную технологию, используемую для маршрутизации света в сетях связи. Однако это первый раз, когда они были применены к лидару. 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 обзор автомобиля на 360 градусов.

Ву необходимо увеличить разрешение и диапазон FPSA, прежде чем его система будет готова к коммерциализации. «Хотя оптические антенны трудно уменьшить, коммутаторы по-прежнему являются самыми крупными компонентами, и мы думаем, что можем сделать их намного меньше», — сказал он.

Также ему необходимо увеличить дальность действия системы, которая составляет всего 10 метров. "Мы уверены, что сможем достичь 100 метров, и верим, что сможем достичь и 300 метров, если будем постоянно совершенствоваться", – сказал Ву.

Если он сможет, традиционная технология производства КМОП обещает сделать недорогие лидары 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 лидар до размера камеры смартфона, появится гораздо больше потенциальных приложений».