Технология лазерного радара — или лидара — все чаще применяется в робомобилях, дронах и роботах, но обычно требует подвижных элементов, которые увеличивают габариты прибора. Инженеры из Калифорнийского университета в Беркли разработали твердотельный чип размером около 1 кв. см, который может открыть путь к производству миниатюрных трехмерных датчиков для любых типов устройств.
Лидары используют свет примерно так же, как радары радиоволны. Направив луч на объект и подсчитав, сколько времени ему нужно на то, чтобы вернуться, прибор составляет 3D-карту окружающего пространства. Но для того, чтобы направлять луч лазера, нужны механические элементы, которые делают лидар медленным, громоздким, нестабильным и дорогим.
Одна из новых стратегий состоит в использовании оптической фазированной антенной решетки, которая направляет волны света путем изменения фазы. Однако для эффективной работы таким устройствам требуются большие антенны и высокое потребление энергии. Кроме того, управление фазой большого количества элементов, если они находятся близко друг к другу, — сложный процесс.
Другой вариант твердотельных сенсоров — фокальные решетки переключателей. В этом случае чип делится на пиксели и у каждого есть антенна, направленная на зону в поле зрения сенсора. Оптические переключатели в чипе проводят свет по каналам к каждой антенне, которая излучает и получает лазерные импульсы. Решетка антенн размещается за линзой, которая фокусирует свет.
«Мы просто заменили CMOS-датчик изображения оптической решеткой переключателей. Вместо того, чтобы улавливать входящий в камеру естественный свет, каждый пиксель нашего лидара излучает лазерный свет и получает отраженный свет от объекта. Это позволяет измерить дистанцию пиксель за пикселем, расширив двухмерное изображение до трехмерного. Это означает, что мы можем в потенциале сделать лидары такими же компактными, как камеры для смартфонов», — рассказывает Ву Мин, один из главных разработчиков.
До сих пор размер переключателей и высокое энергопотребление ограничивали размер лидарных датчиков 512 пикселями. Ву и его коллеги разработали лидар на 16 384 пикселя на кремниевом фотонном чипе площадью 110 кв. мм, используя переключатели на основе микроэлектромеханических систем. Это привело к миниатюризации чипа, снижению потребления энергии и повышению времени переключения.
