Forskere udvikler ny ultrahurtig laserstrålestyring til autonome biler, der er mindre kompleks, bruger mindre strøm

Forskere ved Purdue University og Stanford University mener, at de har fundet en ny laserlyssensorteknologi, der er mere robust og billigere end i øjeblikket tilgængelig med en bred vifte af anvendelser, herunder en måde at guide fuldt autonome køretøjer på.

Forskerne siger, at deres innovation er størrelsesordener hurtigere end konventionelle førende laserstrålestyringsenheder, der bruger faset antenne-array-teknologi. Laserstrålestyringen, der testes og bruges af Purdue og Stanford, er baseret på lys-stof-interaktion mellem en silicium-baseret metasurface og korte lysimpulser produceret for eksempel af en mode-låst laser med et frekvens-kam spektrum. En sådan strålestyringsenhed kan scanne en stor synsvinkel på nanosekunder eller picosekunder sammenlignet med de mikrosekunder, den nuværende teknologi tager.

"Denne teknologi er langt mindre kompleks og bruger mindre strøm end eksisterende teknologier, " sagde Amr Shaltout, en post-doc forsker i Materials Science and Engineering ved Stanford, der udtænkte ideen til metoden.

"Teknologien kombinerer to forskellige felter af nanofotoniske metasurfaces og ultrahurtig optik."

Laserstrålestyring er en vital teknologi, der kan bruges på en lang række områder, herunder navigation, rumflyvninger, radar applikationer, billeddannelse, tag-scannere, robotteknologi, arkæologi, kortlægning og atmosfærisk fysik. Hurtigere laserscanning er direkte relateret til højere billedhastigheder samt forbedret billedopløsning.

Shaltout fandt på konceptet, mens han fik sin ph.d. fra Vladimir Shalaev forskergruppen ved Purdue's School of Electrical and Computer Engineering og afgrænsede det på Stanford, da han arbejdede med forskergruppen af ​​Mark Brongersma.

"Idéen foreslået af Amr er så stærk, at vi ærligt talt blev overraskede over, at ingen gjorde det før, fordi det er så enkelt, så effektiv, meget nemmere end hvad folk har brugt hidtil og virker meget hurtigere, " sagde Shalaev, Bob og Anne Burnetts fremtrædende professor i elektro- og computerteknik ved Purdue. Dette som et vidunderligt eksempel på frugtbart samarbejde mellem Purdue og Stanford."

Forskerne siger, at deres innovation er chip-kompatibel teknologi, der ikke kræver yderligere energikilder. Den er baseret på lys-stof-interaktion mellem metaoverflader og korte impulser fra mode-låste lasere med lige store afstande mellem faselåste frekvenslinjer. Et andet nøgleelement er at bruge en metasurface baseret på mønstret siliciumfilm.

"Det er grundlaget for alle de elektroniske kredsløb på nanoskalaen for at give denne spændende funktionalitet, der gør det muligt for bjælken at styre, sagde Brongersma, en professor i Stanfords afdeling for materialevidenskab og teknik.

Autonome biler er afhængige af lysdetektion og rækkevidde, eller lidar, som ligner radar kun i stedet udsender infrarødt eller synligt lys, der måler, hvor lang tid det tager for impulserne at reflektere tilbage fra objekter og tage deres billeder. Det ville erstatte den roterende enhed, der ofte ses på toppen af ​​​​tage af autonome biler. Men den eksisterende teknologi forbliver dyr, da virksomheder leder efter måder at transformere den spirende autonome bilindustri.

Shaltout sagde, at brugen af ​​fotoniske metaoverflader var nøglen til den nye fremgang. Han sagde, at metasurfaces giver enkle, kompakte og strømeffektive løsninger til fotonikdesign. Kombinationen af ​​disse to teknologier giver en meget enklere tilgang.

I den nuværende optiske fase-array-teknologi, hver antenne skal styres i det, den udstråler individuelt. Under Shaltouts system, hver af strukturerne udsender lidt forskellige frekvenser, hvilket betyder, at der ikke er behov for at adressere hver enkelt antenne kontinuerligt og forbruge strøm under denne proces.

Shaltout sagde, at en tværfaglig løsning var nøglefaktoren.

"Nogle gange hjælper arbejdet uden for vores felt os til at se, at finde løsninger på problemer på forskellige områder og blot forbinde dem sammen, " han sagde.

Udfordringen for forskerne er nu at skalere innovationen op og flytte den fra laboratoriet til den virkelige verden. De leder efter investorer, partnere eller eventuelt licensaftaler, mens de arbejder på at komme videre med at opskalere teknologien. Den første udvikling kan være inden for områder som scanningsenheder i butikker, lufthavne eller i mange andre områder, inden vi går videre til autonome biler og bilproducenter af originalt udstyr.

"Dette ser ud til at være en forstyrrende løsning, som kan gøre en stor forskel i dette enorme, nye industri, "Sagde Shalaev.