Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали чип-лидар, который сканирует более широкое и четкое поле зрения без движущихся частей. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Лидар использует импульсы инфракрасного света для расчета расстояний и построения 3D-карт пространства — эта технология помогает беспилотным автомобилям обнаруживать препятствия и быстро на них реагировать. Обычные лидарные датчики часто крупные и дорогие, а многие полагаются на движущиеся детали, которые со временем изнашиваются.
В основе новой разработки — кремниевый фотонный чип, управляющий не электрическими сигналами, а светом. Такие чипы применялись в лидарах и раньше, но обычно давали узкое поле зрения: попытки расширить обзор добавляли шум и снижали точность измерений.
Свет в подобных системах направляет решетка интегрированных антенн — оптическая фазированная решетка. Меняя фазу света в каждой антенне, инженеры управляют углом луча без движущихся частей. Проблема в том, что при сближении антенны начинают влиять друг на друга и искажать сигнал — перекрестные помехи. Раньше их избегали, увеличивая расстояние между антеннами, но это порождало паразитные копии луча — дифракционные лепестки, которые сужают угол обзора и вызывают ложные срабатывания.
Команда MIT решила проблему, создав набор из трех антенн разной формы — с разной шириной и расположением насечек. Из-за разной геометрии у антенн разные коэффициенты распространения света, поэтому при близком расположении они почти не влияют друг на друга.
Каждая антенна как будто не видит соседнюю. Поэтому они не связываются между собой
При этом все антенны должны были излучать свет одинаково: с равной интенсивностью, под одним углом и с равномерным изменением угла при сканировании. Инженеры разработали электромагнитную теорию распространения таких мод и на ее основе смоделировали и изготовили решетку с антеннами нового типа.
В экспериментах перекрестные помехи снизились примерно со 100% до 1%, при этом система формировала один четкий луч и точно наводила его на широкий диапазон углов без дифракционных лепестков.
Разработанная функциональность решает фундаментальную проблему технологии оптических фазированных решеток и открывает дорогу лидарам со значительно более высокими характеристиками.
Исследователи планируют и дальше расширять поле зрения системы, а также изучают альтернативный подход к той же задаче, найденный в ходе теоретической работы.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые создали энергоэффективный ИИ, вдохновленный работой мозга.