Kemajuan Chip MEMS Hasilkan Resolusi Lidar Rekor, Potong Biaya untuk Kendaraan Otonom
Lidar solid-state resolusi tinggi menggunakan array switch MEMS akan mengurangi biayanya hingga setara dengan kamera dan sistem radar berbasis chip yang murah — menghilangkan hambatan utama dalam adopsi lidar untuk kendaraan otonom.
Meskipun kamera dan sistem radar berbasis chip yang murah telah menjadi mainstream untuk menghindari tabrakan dan pengemudi jalan raya otonom, sistem navigasi lidar tetap merupakan perangkat mekanis yang rumit yang berharga ribuan dolar.
Itu mungkin akan berubah, berkat jenis chip lidar resolusi tinggi baru yang dikembangkan oleh Ming Wu, profesor teknik elektro dan ilmu komputer serta ko-direktur Berkeley Sensor and Actuator Center di Universitas California, Berkeley.
Lidar Wu didasarkan pada focal plane switch array (FPSA), matriks anten skala mikron berbasis semikonduktor yang mengumpulkan cahaya seperti sensor yang ditemukan dalam kamera digital. Resolusinya 16.384 piksel mungkin tidak terdengar mengesankan dibandingkan dengan jutaan piksel yang ditemukan pada kamera ponsel, tetapi itu melebihi 512 piksel atau kurang yang ditemukan pada FPSA hingga saat ini, kata Wu.
Desainnya dapat diskalakan ke ukuran megapiksel menggunakan teknologi CMOS yang sama yang digunakan untuk menghasilkan prosesor komputer, kata Wu. Ini dapat menghasilkan generasi baru sensor 3D yang kuat dan berbiaya rendah tidak hanya untuk mobil otonom, tetapi juga untuk drone, robot, dan ponsel pintar.
Sistem lidar mekanis menggunakan laser untuk memvisualisasikan objek ratusan iyar jauh, bahkan dalam kegelapan. Mereka juga menghasilkan peta 3D dengan resolusi yang cukup tinggi agar kecerdasan buatan kendaraan dapat membedakan antara mobil, sepeda, pejalan kaki, dan halangan lainnya.
Namun, memasukkan kemampuan ini ke dalam chip telah menghambat peneliti selama lebih dari satu dekade.
“Kita ingin menerangi area yang sangat luas,” kata Wu. “Tapi jika kita mencoba melakukannya, cahaya menjadi terlemah untuk mencapai jarak yang cukup. Jadi, sebagai trade-off desain untuk mempertahankan intensitas cahaya, kita mengurangi area yang kita teriangi dengan cahaya laser kita.”
Lidar ini terdiri dari matriks FPSA dari transmiter optika kecil dan switch MEMS yang cepat menyala dan mati untuk memindahkan waveguide dari satu posisi ke posisi lain, mentransmisikan semua daya laser yang tersedia melalui satu anten pada satu waktu.
Switch MEMS adalah teknologi yang dikenal yang digunakan untuk merute cahaya dalam jaringan komunikasi. Ini adalah pertama kalinya mereka diterapkan pada lidar, namun. Dibandingkan dengan switch termo-optik, mereka jauh lebih kecil, menggunakan daya yang jauh lebih sedikit, beralih lebih cepat, dan memiliki kehilangan cahaya yang sangat rendah.
Itu adalah alasan Wu dapat memasukkan 16.384 piksel pada chip berukuran satu sentimeter persegi. Ketika switch menyala piksel, itu memancarkan sinar laser dan menangkap cahaya yang dipantul. Setiap piksel setara dengan 0,6 derajat dari bidang pandang 70 derajat array. Dengan berputar cepat melalui array, FPSA Wu membangun gambar 3D dari dunia di sekitarnya. Memasang beberapa dari mereka dalam konfigurasi lingkaran akan menghasilkan pandang 360 derajat di sekitar kendaraan.
Wu perlu meningkatkan resolusi dan jangkauan FPSA sebelum sistemnya siap untuk komersialisasi. “Sementara anten optik sulit dibuat lebih kecil, switch masih merupakan komponen terbesar, dan kami pikir kita dapat membuatnya jauh lebih kecil,” katanya.
Dia juga perlu meningkatkan jangkauan sistem, yang hanya 10 meter. “Kami yakin kita dapat mencapai 100 meter dan yakin kita dapat mencapai 300 meter dengan perbaikan berkelanjutan,” kata Wu.
Jika dia dapat, teknologi produksi konvensional CMOS berjanji untuk membuat lidar berukuran chip yang murah menjadi bagian dari masa depan kita.
“Lihat saja bagaimana kita menggunakan kamera,” kata Wu. “Mereka terintegrasi dalam kendaraan, robot, pengisap debu, peralatan pengawasan, biometrika, dan pintu. Akan ada begitu banyak aplikasi potensial setelah kita menyusutkan lidar ke ukuran kamera ponsel.”
