Teknologi Lidar — Chip MEMS Memberikan Resolusi Rekaman

Lidar solid-state resolusi tinggi yang menggunakan serangkaian sakelar MEMS akan mengurangi biayanya untuk menyamai kamera murah berbasis chip dan sistem radar — menghilangkan hambatan utama untuk mengadopsi lidar untuk kendaraan otonom.

Meskipun murah, kamera berbasis chip dan sistem radar telah menjadi arus utama untuk menghindari tabrakan dan mengemudi di jalan raya otonom, sistem navigasi lidar tetap menjadi perangkat mekanis berat yang menelan biaya ribuan dolar.

Itu mungkin akan berubah, berkat jenis baru dari chip lidar resolusi tinggi yang dikembangkan oleh Ming Wu, profesor teknik elektro dan ilmu komputer dan co-director Berkeley Sensor and Actuator Center di University of California, Berkeley.

Lidar Wu didasarkan pada focal plane switch array (FPSA), matriks antena skala mikron berbasis semikonduktor yang mengumpulkan cahaya seperti sensor yang ditemukan di kamera digital. Resolusinya sebesar 16.384 piksel mungkin tidak terdengar mengesankan jika dibandingkan dengan jutaan piksel yang ditemukan pada kamera ponsel cerdas, tetapi resolusinya mengerdilkan 512 piksel atau kurang yang ditemukan pada FPSA hingga saat ini, kata Wu.

Desainnya dapat diskalakan ke ukuran megapiksel menggunakan teknologi pelengkap metal-oksida-semikonduktor (CMOS) yang sama yang digunakan untuk memproduksi prosesor komputer, kata Wu. Hal ini dapat menghasilkan generasi baru sensor 3D yang andal dan murah, tidak hanya untuk mobil otonom, tetapi juga untuk drone, robot, dan smartphone.

Sistem lidar mekanis menggunakan laser untuk memvisualisasikan objek ratusan meter jauhnya, bahkan dalam gelap. Mereka juga menghasilkan peta 3D dengan resolusi yang cukup tinggi untuk kecerdasan buatan kendaraan untuk membedakan antara kendaraan, sepeda, pejalan kaki, dan rintangan lainnya.

Namun, menempatkan kemampuan ini pada sebuah chip telah menghalangi para peneliti selama lebih dari satu dekade.

“Kami ingin menerangi area yang sangat luas,” kata Wu. “Tetapi jika kita mencoba melakukan itu, cahaya menjadi terlalu lemah untuk mencapai jarak yang cukup. Jadi, sebagai pertukaran desain untuk mempertahankan intensitas cahaya, kami mengurangi area yang kami terangi dengan sinar laser.”

Lidar ini terdiri dari matriks FPSA dari pemancar optik kecil dan sakelar MEMS yang dengan cepat menyala dan mati untuk secara fisik memindahkan pandu gelombang dari satu posisi ke posisi lain, menyalurkan semua daya laser yang tersedia melalui satu antena pada satu waktu.

Switch MEMS adalah teknologi yang dikenal digunakan untuk merutekan cahaya dalam jaringan komunikasi. Namun, ini adalah pertama kalinya mereka diterapkan pada lidar. Dibandingkan dengan sakelar termo-optik, sakelar ini jauh lebih kecil, menggunakan daya yang jauh lebih sedikit, beralih lebih cepat, dan memiliki kehilangan cahaya yang sangat rendah.

Itulah alasan Wu dapat menjejalkan 16.384 piksel pada chip berukuran 1 sentimeter persegi. Saat sakelar menyalakan piksel, ia memancarkan sinar laser dan menangkap cahaya yang dipantulkan. Setiap piksel setara dengan 0,6 derajat bidang pandang 70 derajat array. Dengan bersepeda cepat melalui array, FPSA Wu membangun gambar 3D dunia di sekitarnya. Memasang beberapa di antaranya dalam konfigurasi melingkar akan menghasilkan tampilan 360 derajat di sekitar kendaraan.

Wu perlu meningkatkan resolusi dan jangkauan FPSA sebelum sistemnya siap untuk komersialisasi. “Meskipun antena optik sulit dibuat lebih kecil, sakelar masih merupakan komponen terbesar, dan kami pikir kami dapat membuatnya jauh lebih kecil,” katanya.

Dia juga perlu meningkatkan jangkauan sistem, yang hanya 10 meter. “Kami yakin kami bisa mencapai 100 meter dan percaya kami bisa mencapai 300 meter dengan perbaikan terus-menerus,” kata Wu.

Jika dia bisa, teknologi produksi CMOS konvensional berjanji untuk menjadikan lidar seukuran chip yang murah sebagai bagian dari masa depan kita.

“Lihat saja bagaimana kami menggunakan kamera,” kata Wu. “Mereka tertanam di kendaraan, robot, penyedot debu, peralatan pengawasan, biometrik, dan pintu. Akan ada lebih banyak aplikasi potensial setelah kami mengecilkan lidar ke ukuran kamera ponsel cerdas.”