LiDAR de estado sólido: solución fiable y escalable para detección automotriz

La empresa leonesa XenomatiX ofrece lo que denomina "verdaderos sensores LiDAR de estado sólido", combinando una arquitectura multi-haz láser con tecnología de semiconductores libre de riesgos y escalable.

La necesidad de detección de alto rendimiento

Aplicaciones automotrices avanzadas como ADAS y conducción autónoma exigen detección de objetos y medición de distancia de alto rendimiento. El LiDAR —también conocido como tiempo de vuelo (ToF) o radar láser— satisface esta necesidad emitiendo pulsos ópticos precisos y midiendo la señal de retorno. Parámetros clave incluyen potencia del pulso, tiempo de ida y vuelta, desplazamiento de fase y ancho de pulso.

Los sistemas LiDAR se dividen en dos categorías principales: mecánicos y ópticos. Las unidades mecánicas usan cabezales rotativos para lograr campos de visión amplios (hasta 360°) y excelentes relaciones señal-ruido, pero son voluminosas y pesadas. Los LiDAR de estado sólido eliminan partes móviles, ofreciendo mayor fiabilidad y tamaño reducido, aunque tradicionalmente a costa de un campo de visión más estrecho. XenomatiX supera esta limitación con una estrategia multi-haz.

El enfoque de XenomatiX

La mayoría de soluciones LiDAR actuales son mecánicas, basadas en cabezales giratorios pesados, costosos y propensos a fallos mecánicos. Aunque los espejos oscilantes reducen el tamaño, siguen involucrando componentes móviles. La filosofía de XenomatiX es simple: en la detección automotriz, la única parte móvil debería ser el propio vehículo.

En una entrevista con EE Times Europe, el CEO Filip Geuens explicó: "La automoción exige coste, tamaño y fiabilidad. Elegir tecnología LiDAR requiere equilibrar estos tres factores. Diodos láser temporales y partes móviles no son el futuro".

Fundada en 2013 y con sede en Leuven, Bélgica, XenomatiX acuñó el término "verdadero" para diferenciar sistemas LiDAR de estado sólido que usan fuentes láser y detectores basados en semiconductores sin ningún escaneo o parte móvil. A diferencia de LiDAR ópticos convencionales que emiten secuencialmente un haz único, miden y luego pasan a la siguiente dirección, el sistema de XenomatiX lanza miles de haces simultáneamente.

"Al eliminar el mecanismo de escaneo e introducir una arquitectura multi-haz, logramos lo que llamamos verdadera innovación", afirma Geuens. "Toda la escena se captura en un solo flash, permitiendo alcances superiores a 200 m con consumo de energía normal".

Como el sistema opera en modo obturador global —capturando toda la escena en un solo fotograma— es inmune al desenfoque por movimiento y no requiere controladores láser ultra-rápidos que emitan pulsos de nanosegundos.

Sin necesidad de escaneo rápido, el LiDAR de XenomatiX disfruta de una ventana de procesamiento más larga, permitiendo nubes de puntos de alta resolución sin corrección espacio-temporal ni post-procesado, resultando en mayores tasas de fotogramas y mejor precisión.

El XenoLidar-X (ver Figura 1) es una solución independiente sin partes móviles adecuada para conducción autónoma y uso industrial. Entrega 15.000 haces láser proyectados simultáneamente, alcanzando una resolución de 0,15° en ambas direcciones horizontal y vertical —cumpliendo los requisitos más exigentes del mercado.

Los LiDAR de estado sólido de XenomatiX usan láseres VCSEL (vertical-cavity surface-emitting lasers), que ofrecen bajo consumo y durabilidad superior comparados con diodos láser tradicionales.

"Como podemos dedicar más tiempo a medir, aún podemos asignar energía suficiente para lograr detección de largo alcance", señala Geuens.

Los LiDAR se clasifican como sensores 6D, proporcionando una nube de puntos perfectamente superpuesta y una imagen visual 2D. Esta integración de cámara inherente elimina errores de paralaje y suministra datos complementarios para fusión de sensores robusta en aplicaciones de seguridad. La sexta dimensión es la reflectividad, derivada de la intensidad de la señal láser de retorno.

Geuens destacó el detector CMOS personalizado: "Diseñamos un píxel que funciona como una cámara 3D, dando coordenadas para cada punto. También puede operar en modo 2D, entregando una imagen visual. La nube de puntos y la imagen se envían a la ECU del vehículo, donde algoritmos de IA propietarios detectan espacio libre y objetos".

La IA de cuatro dimensiones del sistema procesa patrones en el espacio 3D combinados con intensidad, permitiendo capacidades de reconocimiento potentes. Cuando el láser está apagado, los mismos píxeles actúan como cámara convencional; cuando está encendido, capturan datos 3D.

Los LiDAR de estado sólido proporcionan fiabilidad excepcional —crítica para uso automotriz. El MTBF (Tiempo Medio Entre Fallos) es alto debido a la ausencia de partes móviles, VCSEL de larga vida y tecnología CMOS madura.

Aunque los LiDAR giratorios ofrecen naturalmente cobertura de 360°, los LiDAR de XenomatiX logran amplios campos de visión combinando múltiples módulos. Colocar unidades en las esquinas del vehículo elimina puntos ciegos.

Con un diseño flexible y modular, XenomatiX ofrece un sensor pequeño, ligero y a prueba de futuro que se integra fácilmente en parabrisas, lunas traseras, parrillas, faros, pilotos traseros y parachoques. La empresa colabora con proveedores Tier 1 —AGC, Marelli, Kautex y otros— para desarrollar soluciones modulares personalizables que se integren perfectamente en la arquitectura automotriz.

→ Este artículo se publicó originalmente en nuestro sitio hermano, EE Times Europe.

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