Tecnologia Lidar — Chip MEMS oferece resolução recorde

O lidar de estado sólido de alta resolução usando uma série de switches MEMS reduzirá seu custo para corresponder ao de câmeras e sistemas de radar baratos e baseados em chip - removendo uma grande barreira para a adoção do lidar para veículos autônomos.

Embora as câmeras e os sistemas de radar baratos e baseados em chip tenham se tornado o mainstream para evitar colisões e direção autônoma em rodovias, os sistemas de navegação lidar continuam sendo dispositivos mecânicos de difícil manuseio que custam milhares de dólares.

Isso pode estar prestes a mudar, graças a um novo tipo de chip lidar de alta resolução desenvolvido por Ming Wu, professor de engenharia elétrica e ciências da computação e codiretor do Berkeley Sensor and Actuator Center da Universidade da Califórnia, Berkeley.

O lidar de Wu é baseado em uma matriz de comutação de plano focal (FPSA), uma matriz baseada em semicondutores de antenas em escala micro que coleta luz como os sensores encontrados em câmeras digitais. Sua resolução de 16.384 pixels pode não parecer impressionante quando comparada aos milhões de pixels encontrados em câmeras de smartphones, mas supera os 512 pixels ou menos encontrados em FPSAs até agora, disse Wu.

O design é escalável para tamanhos de megapixels usando a mesma tecnologia complementar de semicondutor de óxido de metal (CMOS) usada para produzir processadores de computador, disse Wu. Isso pode levar a uma nova geração de sensores 3D poderosos e de baixo custo, não apenas para carros autônomos, mas também para drones, robôs e smartphones.

Os sistemas lidar mecânicos usam lasers para visualizar objetos a centenas de metros de distância, mesmo no escuro. Eles também geram mapas 3D com resolução alta o suficiente para a inteligência artificial de um veículo distinguir entre veículos, bicicletas, pedestres e outros obstáculos.

No entanto, colocar esses recursos em um chip frustrou os pesquisadores por mais de uma década.

“Queremos iluminar uma área muito grande”, disse Wu. “Mas se tentarmos fazer isso, a luz se tornará fraca demais para atingir uma distância suficiente. Então, como uma compensação de design para manter a intensidade da luz, reduzimos a área que iluminamos com nossa luz laser.”

Esse lidar consiste em uma matriz FPSA de minúsculos transmissores ópticos e interruptores MEMS que ligam e desligam rapidamente para mover fisicamente os guias de onda de uma posição para outra, canalizando toda a potência do laser disponível através de uma única antena de cada vez.

Os comutadores MEMS são uma tecnologia conhecida usada para rotear luz em redes de comunicação. Esta é a primeira vez que eles foram aplicados ao lidar, no entanto. Em comparação com os interruptores termo-ópticos, eles são muito menores, consomem muito menos energia, comutam mais rápido e têm perdas de luz muito baixas.

Eles são a razão pela qual Wu pode empilhar 16.384 pixels em um chip de 1 centímetro quadrado. Quando o interruptor liga um pixel, ele emite um feixe de laser e captura a luz refletida. Cada pixel é equivalente a 0,6 graus do campo de visão de 70 graus da matriz. Ao percorrer rapidamente a matriz, o FPSA de Wu cria uma imagem 3D do mundo ao seu redor. A montagem de vários deles em uma configuração circular produziria uma visão de 360 ​​graus ao redor de um veículo.

Wu precisa aumentar a resolução e o alcance do FPSA antes que seu sistema esteja pronto para comercialização. “Enquanto as antenas ópticas são difíceis de fazer menores, os switches ainda são os maiores componentes, e achamos que podemos torná-los muito menores”, disse ele.

Ele também precisa aumentar o alcance do sistema, que é de apenas 10 metros. “Temos certeza de que podemos chegar a 100 metros e acreditamos que podemos chegar a 300 metros com melhoria contínua”, disse Wu.

Se ele puder, a tecnologia de produção CMOS convencional promete tornar o lidar barato do tamanho de um chip parte do nosso futuro.

“Basta ver como usamos câmeras”, disse Wu. “Eles estão embutidos em veículos, robôs, aspiradores de pó, equipamentos de vigilância, biometria e portas. Haverá muito mais aplicações potenciais quando reduzirmos o lidar para o tamanho de uma câmera de smartphone.”