Technologie Lidar - La puce MEMS offre une résolution record

Le lidar à semi-conducteurs haute résolution utilisant une gamme de commutateurs MEMS réduira son coût pour correspondre à celui des caméras et des systèmes radar à puce bon marché, supprimant ainsi un obstacle majeur à l'adoption du lidar pour les véhicules autonomes.

Bien que les caméras et les radars à puce peu coûteux se soient généralisés pour éviter les collisions et la conduite autonome sur autoroute, les systèmes de navigation lidar restent des dispositifs mécaniques peu maniables qui coûtent des milliers de dollars.

Cela pourrait être sur le point de changer, grâce à un nouveau type de puce lidar haute résolution développée par Ming Wu, professeur de génie électrique et d'informatique et codirecteur du Berkeley Sensor and Actuator Center de l'Université de Californie à Berkeley.

Le lidar de Wu est basé sur un réseau de commutateurs à plan focal (FPSA), une matrice à base de semi-conducteurs d'antennes à l'échelle du micron qui recueille la lumière comme les capteurs trouvés dans les appareils photo numériques. Sa résolution de 16 384 pixels peut ne pas sembler impressionnante par rapport aux millions de pixels trouvés sur les appareils photo des smartphones, mais elle éclipse les 512 pixels ou moins trouvés jusqu'à présent sur les FPSA, a déclaré Wu.

La conception est évolutive jusqu'à des tailles de mégapixels en utilisant la même technologie complémentaire métal-oxyde-semi-conducteur (CMOS) utilisée pour produire des processeurs informatiques, a déclaré Wu. Cela pourrait conduire à une nouvelle génération de capteurs 3D puissants et peu coûteux, non seulement pour les voitures autonomes, mais également pour les drones, les robots et les smartphones.

Les systèmes lidar mécaniques utilisent des lasers pour visualiser des objets à des centaines de mètres, même dans l'obscurité. Ils génèrent également des cartes 3D avec une résolution suffisamment élevée pour que l'intelligence artificielle d'un véhicule puisse faire la distinction entre les véhicules, les vélos, les piétons et les autres obstacles.

Pourtant, mettre ces capacités sur une puce a entravé les chercheurs pendant plus d'une décennie.

"Nous voulons éclairer une très grande zone", a déclaré Wu. « Mais si nous essayons de faire cela, la lumière devient trop faible pour atteindre une distance suffisante. Ainsi, en tant que compromis de conception pour maintenir l'intensité lumineuse, nous réduisons la zone que nous éclairons avec notre lumière laser."

Ce lidar se compose d'une matrice FPSA de minuscules émetteurs optiques et de commutateurs MEMS qui s'allument et s'éteignent rapidement pour déplacer physiquement les guides d'ondes d'une position à une autre, canalisant toute la puissance laser disponible via une seule antenne à la fois.

Les commutateurs MEMS sont une technologie connue utilisée pour acheminer la lumière dans les réseaux de communication. Cependant, c'est la première fois qu'ils sont appliqués au lidar. Comparés aux commutateurs thermo-optiques, ils sont beaucoup plus petits, consomment beaucoup moins d'énergie, commutent plus rapidement et ont de très faibles pertes de lumière.

Ils sont la raison pour laquelle Wu peut entasser 16 384 pixels sur une puce de 1 centimètre carré. Lorsque le commutateur allume un pixel, il émet un faisceau laser et capte la lumière réfléchie. Chaque pixel équivaut à 0,6 degré du champ de vision à 70 degrés de la matrice. En parcourant rapidement le réseau, le FPSA de Wu crée une image 3D du monde qui l'entoure. Le montage de plusieurs d'entre eux dans une configuration circulaire produirait une vue à 360 degrés autour d'un véhicule.

Wu doit augmenter la résolution et la portée du FPSA avant que son système ne soit prêt pour la commercialisation. "Bien qu'il soit difficile de réduire la taille des antennes optiques, les commutateurs restent les composants les plus volumineux, et nous pensons que nous pouvons les rendre beaucoup plus petits", a-t-il déclaré.

Il doit également augmenter la portée du système, qui n'est que de 10 mètres. "Nous sommes certains que nous pouvons atteindre 100 mètres et pensons que nous pourrions atteindre 300 mètres avec une amélioration continue", a déclaré Wu.

S'il le peut, la technologie de production CMOS conventionnelle promet de faire du lidar bon marché de la taille d'une puce une partie de notre avenir.

"Regardez simplement comment nous utilisons les caméras", a déclaré Wu. « Ils sont intégrés dans les véhicules, les robots, les aspirateurs, les équipements de surveillance, la biométrie et les portes. Il y aura tellement plus d'applications potentielles une fois que nous aurons réduit le lidar à la taille d'un appareil photo pour smartphone."