Spring i lidar kunne forbedre sikkerheden, sikkerhed for ny teknologi

Uanset om det er oven på en selvkørende bil eller indlejret i den nyeste gadget, Light Detection and Ranging (lidar) systemer vil sandsynligvis spille en vigtig rolle i vores teknologiske fremtid, gør det muligt for køretøjer at 'se' i realtid, telefoner til at kortlægge tredimensionelle billeder og forbedre augmented reality i videospil.

Udfordringen:Disse 3-D billeddannelsessystemer kan være omfangsrige, dyre og svære at skrue ned til den størrelse, der er nødvendig for disse kommende applikationer. Men University of Colorado Boulder-forskere er et stort skridt nærmere en løsning.

I et nyt papir, udgivet i Optica , de beskriver en ny siliciumchip – uden bevægelige dele eller elektronik – der forbedrer opløsningen og scanningshastigheden, der er nødvendig for et lidar-system.

"Vi søger ideelt set at erstatte store, omfangsrig, tunge lidar-systemer med netop denne flade, lille chip, " sagde Nathan Dostart, hovedforfatter på undersøgelsen, som for nylig afsluttede sin doktorgrad på Institut for Elektro- og Computerteknik.

Nuværende kommercielle lidar-systemer bruger store, roterende spejle for at styre laserstrålen og derved skabe et 3-D billede. I de sidste tre år har Dostart og hans kolleger har arbejdet på en ny måde at styre laserstråler kaldet bølgelængdestyring - hvor hver bølgelængde, eller "farve, " af laseren peges mod en unik vinkel.

De har ikke kun udviklet en måde at lave en version af dette langs to dimensioner samtidigt, i stedet for kun én, de har gjort det med farve, ved at bruge et "regnbue"-mønster til at tage 3D-billeder. Da strålerne nemt styres ved blot at skifte farver, flere fasede arrays kan styres samtidigt for at skabe en større blændeåbning og et billede med højere opløsning.

"Vi har fundet ud af, hvordan vi kan sætte denne todimensionelle regnbue ind i en lille teeny chip, sagde Kelvin Wagner, medforfatter til det nye studie og professor i elektro- og computerteknik.

Slutningen af ​​elektrisk kommunikation

Autonome køretøjer er i øjeblikket en industri på $50 milliarder dollar, forventes at være mere end 500 milliarder dollar værd i 2026. Mens mange biler på vejene i dag allerede har nogle elementer af autonom assistance, såsom forbedret fartpilot og automatisk vognbanecentrering, det virkelige kapløb er at skabe en bil, der kører sig selv uden input eller ansvar fra en menneskelig chauffør. I de sidste 15 år eller deromkring, innovatorer har indset, at for at gøre dette vil biler have brug for mere end bare kameraer og radar - de vil have brug for lidar.

Lidar er en fjernmålingsmetode, der bruger laserstråler, pulser af usynligt lys, at måle afstande. Disse lysstråler preller af alt på deres vej, og en sensor opsamler disse refleksioner for at skabe en præcis, tredimensionelt billede af det omgivende miljø i realtid.

Lidar er som ekkolokalisering med lys:Det kan fortælle dig, hvor langt væk hver pixel i et billede er. Det har været brugt i mindst 50 år i satellitter og fly, at udføre atmosfærisk sansning og måle dybden af ​​vandområder og terrænhøjder.

Mens der er gjort store fremskridt i størrelsen af ​​lidar-systemer, de er stadig den dyreste del af selvkørende biler - så meget som $70, 000 hver.

For at kunne arbejde bredt på forbrugermarkedet en dag, lidar skal blive endnu billigere, mindre og mindre kompleks. Nogle virksomheder forsøger at opnå denne bedrift ved hjælp af siliciumfotonik:Et spirende område inden for elektroteknik, der bruger siliciumchips, som kan behandle lys.

Forskerholdets nye fund er et vigtigt fremskridt inden for siliciumchipteknologi til brug i lidar-systemer.

"Elektrisk kommunikation er ved sin absolutte grænse. Optik skal spille ind, og det er derfor alle disse store spillere er forpligtet til at gøre siliciumfotonikteknologien industrielt levedygtig, " sagde Miloš Popović, medforfatter og lektor i ingeniørvidenskab ved Boston University.

Jo enklere og mindre disse siliciumchips kan laves – samtidig med at de bevarer høj opløsning og nøjagtighed i deres billeddannelse – jo flere teknologier kan de anvendes på, herunder selvkørende biler og smartphones.

Rygtet siger, at den kommende iPhone 12 vil inkorporere et lidar-kamera, som i øjeblikket i iPad Pro. Denne teknologi kunne ikke kun forbedre sin ansigtsgenkendelsessikkerhed, men en dag hjælpe med at lave klatrerutekort, måle afstande og endda identificere dyrespor eller planter.

"Vi foreslår en skalerbar tilgang til lidar ved hjælp af chipteknologi. Og dette er det første skridt, den første byggesten i denne tilgang, " sagde Dostart, som vil fortsætte sit arbejde ved NASA Langley Research Center i Virginia. "Der er stadig lang vej igen."