Lidar sistemleri, mesafeyi ölçmek ve yüksek çözünürlükte 3D bir sahneyi haritalamak için kızılötesi ışık darbeleri kullanarak, otonom araçların yolda karşılarına çıkan engellere hızlı bir şekilde tepki vermesini sağlar. Ancak geleneksel lidar sensörleri, zamanla bozulabilen birçok hareketli parçaya sahip pahalı ve hacimli sistemlerdir, bu da sensörlerin nasıl kullanılabileceğini sınırlamaktadır.
MIT araştırmacılarından yapılan yeni bir çalışma, kompakt, dayanıklı ve hareketli parça içermeyen yeni nesil lidar sensörlerinin geliştirilmesine yardımcı olabilir. Ana ilerleme, elektriği değil, ışığı manipüle eden bir yarı iletken cihaz olan silikon-fotonik çip için yenilikçi bir tasarımdır.
Tipik olarak, silikon-fotonik çip tabanlı sistemler sınırlı bir görüş açısına sahiptir, bu nedenle silikon-fotonik tabanlı bir lidar, çevresel açılarda tarama yapamaz. Bu soruna mevcut çözümler, gürültüyü artırır ve hassasiyeti engeller.
Bu dezavantajları önlemek için MIT araştırmacıları, antenler arasındaki istenmeyen çapraz konuşmayı en aza indiren entegre antenlerden oluşan bir dizi tasarlayıp gösterdiler. Bu yenilik, bir lidar çipinin daha geniş bir görüş açısını taramasına olanak tanırken, diğer silikon-fotonik tabanlı yaklaşımlara kıyasla düşük gürültü ile çalışmasını sağlar.
“Bu çalışmada gösterdiğimiz işlevsellik, entegre optik faz dizisi teknolojisi için temel bir sorunu çözüyor ve gelecekteki lidar sensörlerinin, daha önce gösterdiğimizden çok daha yüksek performans elde etmesine olanak tanıyor,” diyor MIT Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri (EECS) bölümünde Robert J. Shillman Kariyer Geliştirme Doçenti olan Jelena Notaros, Elektronik Araştırma Laboratuvarı üyesi ve bu yenilik üzerine bir makalenin kıdemli yazarı.
Makalenin baş yazarı EECS yüksek lisans öğrencisi Henry Crawford-Eng’in yanı sıra EECS yüksek lisans öğrencileri Andres Garcia Coleto, Benjamin M. Mazur, Daniel M. DeSantis ve Tal Sneh de yer alıyor. Araştırma bugün Nature Communications dergisinde yayımlandı.
Bir anten dizisini ayarlamak
Birçok geleneksel lidar sistemi, ışık darbelerini birden fazla yönde göndermek için dönen hacimli bir kutu kullanarak bir sahneyi haritalar. Işık, yakınlardaki nesnelerden geri yansır ve sensöre döner, bu da çevreyi yeniden oluşturmak için kullanılan verileri sağlar.
Bunun yerine, silikon-fotonik tabanlı lidar sensörleri, entegre optik faz dizisi (OPA) adı verilen bir sistem kullanarak, mekanik olarak değil, sistematik olarak yayılan bir ışık demetini birden fazla yönde tarar.
Bir OPA'nın anahtarı, uzunlukları boyunca periyodik olarak yerleştirilmiş küçük bozulmalara sahip entegre antenler dizisidir. Bu oluklar, antenin bir giriş kaynağından gelen ışığı fotonik çipten yukarı ve dışarı yaymasına olanak tanır.
Işığın her bir antene yönlendirilme fazını ayarlayarak, araştırmacılar ışığın diziden ne açıyla yayıldığını değiştirebilirler. Bu şekilde, hareketli parça olmadan ışık demetini yönlendirebilirler.
Ancak mühendisler antenleri çok yakın yerleştirirse, antenler birbirleriyle etkileşime girecek ve yaydıkları ışık karışacaktır. Bunu önlemek için bilim insanları genellikle antenleri daha uzak yerleştirir, ancak bu da dezavantajlar taşır.
Eğer antenler çok uzak yerleştirilirse, dizi farklı açılarda birden fazla ışık demeti kopyası yayar. Araştırmacılar, ana demeti her iki yönde de yönlendirebilirler, ancak bu, komşu kopyalarından ayırt edilemez hale gelene kadar sınırlıdır.
“Bu, görüş alanımızı kısıtlar, bu nedenle otonom araç artık yalnızca önünde belirli bir açısal aralıkta ne olduğunu bilir,” diyor Garcia Coleto.
Bu ışık demeti kopyaları, ızgara lobları olarak bilinir ve sensörü yanıltarak yanlış pozitiflere neden olabilir. Ayrıca enerji israfına yol açarlar.
MIT araştırmacıları, önemli bir etkileşim etkisi oluşturmadan yakın yerleştirilebilen azaltılmış çapraz konuşma antenleri tasarlayarak bu sorunu çözdüler.
Standart bir OPA'da, tüm antenler aynı tasarıma sahiptir, yani aynı oluk düzenine sahiptir. Bu kimyasal olarak aynı
