Лидар технологиялары қашықтықты өлшеу және қоршаған ортаның егжей-тегжейлі үшөлшемді карталарын құру үшін инфрақызыл жарық импульстарын пайдаланады. Бұл автономды көлік құралдарына кедергілерді анықтауға және жағдай өзгергенде жылдам әрекет етуге мүмкіндік береді. Алайда дәстүрлі лидар сенсорлары көбіне үлкен көлемімен, қымбаттығымен және уақыт өте келе тозатын қозғалмалы бөлшектерінің болуымен ерекшеленеді, бұл олардың түрлі салаларда қолданылуын шектейді.

Лидар сенсорларын жасаудың жаңа тәсілі

Массачусетс технологиялық институтының зерттеушілері қозғалмалы бөлшектері жоқ, ықшам әрі ұзақ қызмет ететін лидар сенсорларын жасауға мүмкіндік беретін әдіс ойлап тапты. Бұл әдістің негізінде жарықты электрлік сигналдар орнына басқаратын кремний фотоникасына негізделген жаңа чип жатыр. Қазіргі кремний фотонды лидарлары әдетте тар көру бұрышына ие, бұл сахнаның шеткі аймақтарын сканерлеуді қиындатады. Бұрышты кеңейтуге жасалған әрекеттер бұрын шу деңгейінің артуына және өлшеу дәлдігінің төмендеуіне әкелген.

MIT командасы бұл мәселелерді шешу үшін интеграцияланған антенналар массивін жасап, көршілес антенналар арасындағы қажетсіз кедергілерді айтарлықтай азайтты. Мұндай құрылым чипке басқа кремний фотонды әдістермен салыстырғанда төмен шу деңгейімен кеңірек көру бұрышын сканерлеуге мүмкіндік береді.

Кремний фотонды лидардың жұмыс принципі

Дәстүрлі лидар жүйелерінде жарық импульстарын сахнаға бағыттау үшін үлкен айналмалы блок қолданылады. Объектілерден шағылған жарық сенсорға қайтып оралып, қоршаған ортаның егжей-тегжейлі картасын жасауға мүмкіндік береді.

Кремний фотонды лидарлар басқаша жұмыс істейді: мұнда жарық сәулесі механикалық айналдырудың орнына интеграцияланған оптикалық фазалық тор (OPA) арқылы бірнеше бағытта электронды түрде сканерленеді. OPA — әрқайсысында микроскопиялық гофрлар бар антенналар тобы, олар жарықты жоғарыға шашыратып, фотонды чиптен шығарады. Сәуленің бағыты әр антеннаға берілетін жарық фазасын өзгерту арқылы реттеледі, бұл сәулені физикалық бөлшектерді қозғалтпай басқаруға мүмкіндік береді.

Кедергілер мәселесін шешу

Антенналарды тығыз орналастыру көршілес элементтер арасындағы күшті өзара әсерге әкеліп, шығарылатын жарықты бұрмалайды. Әдетте кедергілерді болдырмау үшін антенналар арасындағы қашықтықты ұлғайтады, бірақ бұл әртүрлі бұрыштарда бірнеше сәуле көшірмелерінің (торлық жапырақшалар) пайда болуына себеп болады, нәтижесінде жүйенің тиімділігі мен дәлдігі төмендейді.

MIT зерттеушілері кедергілерді азайтатын антенналар жасап, оларды бір-біріне жақын орналастыруға мүмкіндік берді. Бірдей антенналар орнына әртүрлі пішінге, енге және гофр орналасуына ие үш антеннадан тұратын қайталанатын жиын жасалды. Әр антеннаның өзіндік таралу коэффициенті бар, ол жарықтың құрылым арқылы өтуін анықтайды. Бұл антенналарға тығыз орналастырылғанның өзінде бір-бірімен іс жүзінде әсер етпеуге мүмкіндік береді.

Эксперименттік нәтижелер

Кәдімгі OPA-да антенналар арасындағы өзара әсер 100%-ға дейін жетуі мүмкін. MIT құрылымында бұл көрсеткіш 1%-ға дейін төмендеп, бір таза әрі дәл сәуле қалыптасты. Жүйе кең көру бұрышында торлық жапырақшаларсыз сәулені дәл басқарды. Кең сканерлеу, төмен кедергі және жоғары сапалы сәуленің осындай үйлесімі интеграцияланған лидар технологиясының негізгі мәселелерінің бірін шешеді.

Дамудың болашағы

Бұл жетістік автономды көліктерді басқару, аэрофототүсірілім және құрылыс алаңдарын бақылау сияқты күрделі міндеттерге арналған жетілдірілген лидар сенсорларын жасауға жол ашады. Зерттеушілер әдісті көру бұрышын одан әрі кеңейту үшін жетілдіруді және әзірлеу барысында туындаған балама тәсілдерді зерттеуді жоспарлап отыр.

Зерттеу әртүрлі ғылыми қорлар мен ұйымдардың қолдауымен жүргізілді, ал жұмыстың бір бөлігі MIT.nano жабдықтарын пайдалану арқылы орындалды.