Tecnología Lidar:el chip MEMS proporciona una resolución récord

El lidar de estado sólido de alta resolución que utiliza una matriz de conmutadores MEMS reducirá su costo para igualarlo al de los sistemas de radar y cámaras económicos basados ​​en chips, eliminando una barrera importante para la adopción de lidar para vehículos autónomos.

Aunque las cámaras y los sistemas de radar económicos basados ​​en chips se han convertido en la corriente principal para evitar colisiones y conducir de forma autónoma en carretera, los sistemas de navegación lidar siguen siendo dispositivos mecánicos difíciles de manejar que cuestan miles de dólares.

Eso puede estar a punto de cambiar, gracias a un nuevo tipo de chip lidar de alta resolución desarrollado por Ming Wu, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación y codirector del Centro de sensores y actuadores de Berkeley en la Universidad de California, Berkeley.

El lidar de Wu se basa en una matriz de conmutación de plano focal (FPSA), una matriz basada en semiconductores de antenas a escala micrométrica que recoge la luz como los sensores que se encuentran en las cámaras digitales. Es posible que su resolución de 16 384 píxeles no suene impresionante en comparación con los millones de píxeles que se encuentran en las cámaras de los teléfonos inteligentes, pero eclipsa los 512 píxeles o menos que se encuentran en las FPSA hasta ahora, dijo Wu.

El diseño es escalable a tamaños de megapíxeles utilizando la misma tecnología complementaria de semiconductores de óxido de metal (CMOS) utilizada para producir procesadores de computadora, dijo Wu. Esto podría conducir a una nueva generación de sensores 3D potentes y de bajo costo no solo para automóviles autónomos, sino también para drones, robots y teléfonos inteligentes.

Los sistemas lidar mecánicos utilizan láseres para visualizar objetos a cientos de metros de distancia, incluso en la oscuridad. También generan mapas 3D con una resolución lo suficientemente alta como para que la inteligencia artificial de un vehículo distinga entre vehículos, bicicletas, peatones y otros obstáculos.

Sin embargo, poner estas capacidades en un chip ha obstaculizado a los investigadores durante más de una década.

“Queremos iluminar un área muy grande”, dijo Wu. “Pero si tratamos de hacer eso, la luz se vuelve demasiado débil para alcanzar una distancia suficiente. Entonces, como compensación de diseño para mantener la intensidad de la luz, reducimos el área que iluminamos con nuestra luz láser”.

Este lidar consiste en una matriz FPSA de diminutos transmisores ópticos e interruptores MEMS que se encienden y apagan rápidamente para mover físicamente las guías de ondas de una posición a otra, canalizando toda la energía láser disponible a través de una sola antena a la vez.

Los conmutadores MEMS son una tecnología conocida utilizada para enrutar la luz en las redes de comunicaciones. Sin embargo, esta es la primera vez que se aplican a LIDAR. En comparación con los interruptores termoópticos, son mucho más pequeños, usan mucha menos energía, cambian más rápido y tienen pérdidas de luz muy bajas.

Son la razón por la que Wu puede meter 16.384 píxeles en un chip de 1 centímetro cuadrado. Cuando el interruptor enciende un píxel, emite un rayo láser y captura la luz reflejada. Cada píxel equivale a 0,6 grados del campo de visión de 70 grados de la matriz. Al recorrer rápidamente la matriz, la FPSA de Wu crea una imagen en 3D del mundo que la rodea. Montar varios de ellos en una configuración circular produciría una vista de 360 ​​grados alrededor de un vehículo.

Wu necesita aumentar la resolución y el rango de FPSA antes de que su sistema esté listo para la comercialización. “Si bien las antenas ópticas son difíciles de hacer más pequeñas, los interruptores siguen siendo los componentes más grandes y creemos que podemos hacerlos mucho más pequeños”, dijo.

También necesita aumentar el alcance del sistema, que es de solo 10 metros. "Estamos seguros de que podemos llegar a los 100 metros y creemos que podemos llegar a los 300 metros con una mejora continua", dijo Wu.

Si puede, la tecnología de producción de CMOS convencional promete hacer que el lidar económico del tamaño de un chip sea parte de nuestro futuro.

“Solo mire cómo usamos las cámaras”, dijo Wu. “Están integrados en vehículos, robots, aspiradoras, equipos de vigilancia, biometría y puertas. Habrá muchas más aplicaciones potenciales una vez que reduzcamos el lidar al tamaño de la cámara de un teléfono inteligente”.