Kunne krympning af en nøglekomponent være med til at gøre autonome biler til en overkommelig pris?

Ingeniører og virksomhedsledere har arbejdet på autonome biler i årevis, men der er en stor hindring for at gøre dem billige nok til at blive almindelige:De har brug for en måde at reducere omkostningerne ved lidar, teknologien, der gør det muligt for robotnavigationssystemer at opdage og undgå fodgængere og andre farer langs vejbanen ved at hoppe lysbølger ud af disse potentielle forhindringer.

Dagens lidarer bruger komplekse mekaniske dele til at sende de infrarøde lasere i lommelygte, der drejer rundt som de gammeldags, tyggegummilys oven på politibiler - til en pris af $ 8, 000 til $ 30, 000.

Men nu arbejder et team ledet af elingeniør Jelena Vuckovic på at krympe de mekaniske og elektroniske komponenter i et tagterrasse ned til en enkelt siliciumchip, som hun mener kunne masseproduceres for så få som et par hundrede dollars.

Projektet vokser ud af mange års forskning fra Vuckovics laboratorium for at finde en praktisk måde at drage fordel af en simpel kendsgerning:Ligesom sollys skinner gennem glas, silicium er gennemsigtigt for det infrarøde laserlys, der bruges af lidar (forkortelse for lysdetektering og -interval).

I en undersøgelse offentliggjort i Natur fotonik , forskerne beskriver, hvordan de strukturerede silicium på en måde, der brugte dets infrarøde gennemsigtighed til at kontrollere, fokusere og udnytte fotons magt, de sære partikler, der udgør lysstråler.

Teamet brugte en proces kaldet omvendt design, som Vuckovics laboratorium har været banebrydende i det sidste årti. Omvendt design er afhængig af en kraftfuld algoritme, der udarbejder en plan for de faktiske fotoniske kredsløb, der udfører bestemte funktioner - i dette tilfælde, skyde en laserstråle ud foran en bil for at lokalisere genstande på vejen og føre det reflekterede lys tilbage til en detektor. Baseret på forsinkelsen mellem hvornår lyspulsen sendes frem, og strålen reflekteres tilbage til detektoren, lidars måler afstanden mellem bil og genstande.

Det tog Vuckovics team to år at oprette kredsløbslayoutet til den lidar-on-a-chip prototype, de byggede i Stanford nanofabrication facilitet. Postdoktor Ki Youl Yang og ph.d. studerende Jinhie Skarda spillede nøgleroller i den proces, med afgørende teoretisk indsigt fra City University of New York fysiker Andrea Alù og CUNY postdoktor Michele Cotrufo.

At bygge denne rækkevidde-finder mekanisme på en chip er bare det første-om end vigtige-skridt mod at skabe billige lidarer. Forskerne arbejder nu på den næste milepæl, sikre, at laserstrålen kan feje i en cirkel uden at bruge dyre mekaniske dele. Vuckovic vurderer, at hendes laboratorium er omkring tre år fra at bygge en prototype, der ville være klar til en vejtest.

"Vi er på vej til at bygge en lidar-on-a-chip, der er billig nok til at hjælpe med at skabe et massemarked for autonome biler, "Sagde Vuckovic.