Для развития автономных систем и робототехники необходима точная 3D-визуализация окружающего пространства. Существующие решения, такие как времяпролетные (ToF) лидары или сканеры с механическими элементами, зачастую ограничивают возможности оборудования из-за размеров, высокого энергопотребления или нехватки пространственного разрешения. Исследовательская группа представила решение, основанное на полной интеграции всех компонентов системы на одном кремниевом чипе.
В основе разработки лежит технология частотно-модулированной непрерывной волны (FMCW). Это позволяет сенсору одновременно измерять не только расстояние до объекта, но и его радиальную скорость, что создает 4D-картину сцены.
Иллюстрация ИИ Copilot Designer//DALL·E 3
В отличие от традиционных лидаров, где используются подвижные зеркала или вращающиеся блоки, данный сенсор является твердотельным устройством. Вся система — фотонные компоненты, детекторы, модуляторы и управляющая электроника — монолитно интегрирована на одном кристалле.
Матрица сенсора состоит из 352 × 176 пикселей, что включает в себя более 60 000 фотонных элементов. Направление лазерного луча осуществляется не физическим перемещением частей, а с помощью термооптических переключателей, которые управляют световым потоком на уровне пиксельных групп.
Результаты испытаний подтверждают эффективность этой архитектуры:
Дистанция: сенсор обнаруживает объекты на расстоянии до 65 метров.
Точность: угловое разрешение составляет 0,06 градуса.
Энергоэффективность: система потребляет около 46 наноджоулей на одну точку данных.
Скорость: частота кадров достигает 15 кадров в секунду при параллельном считывании данных.
Отсутствие подвижных частей повышает механическую надежность устройства, а использование кремниевой фотоники позволяет создавать компактные датчики с использованием стандартных промышленных процессов производства микроэлектроники (CMOS-технологии).
Способность объединить все функциональные узлы лидара в масштабируемую конструкцию на одном чипе устраняет основные барьеры для массового внедрения подобных технологий. Данная разработка пригодна для интеграции в компактные устройства, что актуально для беспилотного транспорта, мобильной робототехники и систем дополненной реальности, требующих высокой производительности при минимальных габаритах.
