yeni yüksek çözünürlüklü LiDAR çipi

Google, 2010 yılında ilk otonom arabalarını piyasaya sürdüğünde, çatılara monte edilen dönen silindir gerçekten göze çarpıyordu. Bu, ışık tabanlı radar gibi çalışan, aracın ışık algılama ve menzil (LiDAR) sistemiydi. LiDAR, kameralar ve radarla birlikte bu arabaların engellerden kaçınmasına ve güvenli bir şekilde sürmesine yardımcı olmak için çevrenin haritasını çıkardı.

O zamandan beri çip tabanlı kameralar ve radar sistemleri, çarpışmadan kaçınma ve otonom otoyol sürüşü için ana akım haline geldi. LiDAR teknolojisinin avantajları oldukça fazla olsa da, bu cihazların hantal mekanik cihazlar olması bu sistemlerin büyük bir dezavantajı konumundaydı.  Berkeley California Üniversitesi’ndeki Berkeley Sensör ve Aktüatör Merkezi’nin eş direktörü Ming Wu, tarafından geliştirilen, 9 Mart Çarşamba günü Nature dergisinde yayınlanan, yeni yüksek çözünürlüklü LiDAR çipi sayesinde bunu değiştirebileceğini gösterdi.

Ming Wu’nun LiDAR’ı, dijital kameralarda bulunan sensörler gibi ışığı toplayan yarı iletken tabanlı bir anten matrisi olan bir odak düzlemi anahtar dizisine (FPSA) dayanmaktadır. Wu’nun geliştirmiş olduğu LiDAR, 16.384 piksel çözünürlüğünün akıllı telefon kameralarında bulunan milyonlarca pikselle karşılaştırıldığında etkileyici gelmeyebilir. Ancak şimdiye kadar FPSA‘larda bulunan 512 pikseli veya daha azını gölgede bıraktı.

Wu, aynı derecede önemli olan tasarımın, bilgisayar işlemcileri üretmek için kullanılan aynı tamamlayıcı metal oksit-yarı iletken (CMOS) teknolojisini kullanarak megapiksel boyutlarına ölçeklenebilir olduğunu söyledi. Bu, otonom otomobillerin yanı sıra dronlar, robotlar ve hatta akıllı telefonlar için yeni nesil güçlü, düşük maliyetli 3D sensörlere yol açabilir.

LiDAR Bariyerler

LiDAR, lazeri tarafından yayılan ışığın yansımalarını yakalayarak çalışır. LiDAR, ışığın geri dönmesi için geçen süreyi veya ışın frekansındaki değişiklikleri ölçerek çevreyi haritalayabilir ve çevresinde hareket eden nesnelerin hızını ölçebilir.

Mekanik LiDAR sistemleri, karanlıkta bile yüzlerce metre uzaktaki nesneleri görselleştiren güçlü lazerlere sahiptir. Ayrıca, bir aracın yapay zekasının araçlar, bisikletler, yayalar ve diğer tehlikeleri ayırt etmesi için yeterince yüksek çözünürlüklü 3D haritalar oluştururlar.

Yine de, bu yetenekleri bir çipe yerleştirmek, araştırmacıları on yıldan fazla bir süredir engelledi. Wu , “Çok geniş bir alanı aydınlatmak istiyoruz. Fakat bunu yapmaya çalışırsak, ışık yeterli bir mesafeye ulaşamayacak kadar zayıf hale gelir. Bu nedenle, ışık yoğunluğunu korumak için bir tasarım değiş tokuşu olarak, lazer ışığımızla aydınlattığımız alanları azaltırız.” Dedi.

FPSA‘nın devreye girdiği yer burasıdır. FPSA, küçük optik vericiler veya antenler matrisinden ve bunları hızla açıp kapatan anahtarlardan oluşur. Bu şekilde, mevcut tüm lazer gücünü aynı anda tek bir anten üzerinden kanalize edebilir.

MEMS Anahtarları

Hemen hemen tüm silikon bazlı LiDAR sistemleri, kırılma indisinde küçük değişiklikler üretmek için sıcaklıktaki büyük değişikliklere dayanan, lazer ışığını bir dalga kılavuzundan diğerine büken ve yeniden yönlendiren termo-optik anahtarlar kullanır.

Bununla birlikte, termo-optik anahtarlar hem büyük hem de güce açtır. Bir çipte çok fazla sıkışma olursa düzgün çalışması için çok fazla ısı üretirler. Bu nedenle mevcut FPSA’lar 512 piksel veya daha azıyla sınırlandırılmıştır. Wu’nun çözümü, dalga kılavuzlarını fiziksel olarak bir konumdan diğerine hareket ettiren mikroelektro-mekanik sistem (MEMS) anahtarlarıyla değiştiriyor.

MEMS anahtarları, iletişim ağlarında ışığı yönlendirmek için kullanılan bilinen bir teknolojidir. Bu, LiDAR’a ilk kez uygulanıyor. Termo-optik anahtarlarla karşılaştırıldığında çok daha küçüktürler, çok daha az güç kullanırlar, daha hızlı geçiş yaparlar ve çok düşük ışık kayıplarına sahiptirler.

Wu, 1 santimetre karelik bir çip üzerine 16.384 piksel sığdırabildi. Anahtar bir pikseli açtığında, bir lazer ışını yayar ve yansıyan ışığı yakalar. Her piksel, dizinin 70 derecelik görüş alanının 0,6 derecesine eşittir. Wu’nun FPSA’sı dizi içinde hızla dolaşarak etrafındaki dünyanın 3 boyutlu bir resmini oluşturur. Birkaçını dairesel bir konfigürasyonda monte etmek, bir aracın etrafında 360 derecelik bir görüş üretecektir.

Akıllı Telefon Kameraları Gibi

Wu’nun, sistemi ticarileştirmeye hazır olmadan önce FPSA çözünürlüğünü ve aralığını artırması gerekiyor. Wu, “Optik antenleri küçültmek zor olsa da, anahtarlar hala en büyük bileşenler ve onları çok daha küçük hale getirebileceğimizi düşünüyoruz” dedi.

Wu’nun ayrıca sistemin sadece 10 metre olan menzilini artırması gerekiyor. Wu, 100 metreye ulaşabileceğimizden eminiz, sürekli iyileştirme ile 300 metreye kadar ulaşabileceğimize inanıyoruz, dedi.

Wu dediğini yapabilirse, geleneksel CMOS üretim teknolojisi, ucuz çip boyutunda LiDAR’ı geleceğimizin bir parçası haline getirmeyi vaat ediyor.

Wu , “Kameraları nasıl kullandığımıza bir bakın. Araçlara, robotlara, elektrikli süpürgelere, gözetleme ekipmanlarına, biyometriye ve kapılara gömülüler. LiDAR’ı akıllı telefon kamerası boyutuna indirdiğimizde çok daha fazla potansiyel uygulama olacak.” Dedi.

Diğer çalışma ortak yazarları arasında UC Berkeley’den Xiaosheng Zhang, Kyungmok Kwon, Johannes Henriksson ve Jianheng Luo yer alıyor.

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here