Группа исследователей из Массачусетского
технологического института, работающие по заказу от Управления перспективных
исследовательских программ Пентагона DARPA, разработали сверхминиатюрный
твердотельный лазерный сканнер-на-чипе.
Помимо малых размеров этот
LIDAR-сканнер обладает высочайшим быстродействием, он в тысячу раз более быстр,
нежели традиционные механические системы, и это позволит реализовать совершенно
новые принципы управления самоходными автомобилями-роботами, беспилотниками и
другими робототехническими устройствами.
LIDAR-сканнер, разработанный специалистами группы
Photonic Microsystems Group Массачусетского технологического института, имеет
размер гораздо меньше размера десятицентовой монеты.
В его конструкции не
имеется никаких движущихся частей, благодаря чему он может производиться
большими партиями и по низкой стоимости, которая не будет превышать 10
американских долларов. Для сравнения, стоимость других LIDAR-сканнеров,
используемых в автомобилях-роботах, находится в диапазоне от 1 до 70 тысяч
долларов, что значительно сужает область их практического применения.
Новые чипы LIDAR-сканнера производятся на стандартных
300-миллиметровых кремниевых подложках. Использование появившихся не так давно
принципов кремниевой фотоники, некоторых других уникальных технологий и новых
материалов, в частности нитрида кремния, позволило добиться высокого
быстродействия устройства, которое в тысячу раз превышает быстродействие
механических лазерных сканеров.
Структура чипа сканера
Однако, ряд других характеристик крошечного сканера
выглядит не столь впечатляюще, нежели характеристики механических систем. Пока
новый сканер-на-чипе способен обнаруживать объекты, находящиеся на удалении не
более двух метров, а минимальный размер объекта, который может быть обнаружен
сканером, составляет 5 сантиметров. Погрешность измерения глубины при этом
составляет на данное время 1 сантиметр.
Однако ученые планируют в ближайшем будущем улучшить
характеристики созданного ими устройства. В течение следующего года они
планируют увеличить дальность действия сканера до 10 метров, а в дальнейшей
перспективе дальность будет увеличена до ста метров, что уже сопоставимо с
аналогичным показателем механических систем. Параллельно с этим ученые будут
добиваться увеличения горизонтальной и вертикальной разрешающей способности до
3 сантиметров во всем диапазоне действия сканера.
И в заключении следует отметить, что разработка
лазерного сканера-на-чипе была выполнена в рамках программы Modular Optical
Aperture Building Blocks (MOABB), начатой управлением DARPA не так давно. А
конечной целью данной программы является разработка отдельных модулей
оптических локаторов, сопутствующих технологий и модулей обработки сигналов,
которые будут в состоянии справлять с потоками данных со скоростью 40 гигабит в
секунду и выше.
