Многие люди принимают как должное свою возможность получать информацию об окружающей среде и ориентироваться в ней, то есть, в основном, избегать столкновения с разными предметами. Тем временем, предоставить такую же возможность машинам достаточно непросто, и в этом может помочь кремниевая фотоника.
Речь идет об использовании кремниевых волноводов размером в несколько сотен нанометров в разрезе для создания «световых проводов». Исследователи из Массачусетского технологического института говорят, что технология напоминает оптоволоконные кабели, но в очень маленьком масштабе. Волноводы могут быть расположены на чипе, выполняя функцию традиционных проводов и соединительных элементов, с той разницей, что, вместо электричества, свет будет передавать данные, переключать цепи и выполнять другие задачи.
Преимущество использования света – сниженные энергозатраты по сравнению с передачей данных с помощью электричества и медных кабелей. Прикладная фотоника находится на ранней стадии развития, и ее внедрение зависит от производителей микрочипов, которые постепенно приспосабливают к этому производственные мощности. Среди этих компаний – Intel и Luxtera, которые почти 15 лет занимаются кремниевой фотоникой. Luxtera впервые начала массовое производство такой продукции.
Работа группы исследователей фотонных микросистем в Массачусетском технологическом институте заключается в разработке микроэлементов, цепей и систем для разных задач, включая коммуникации, сенсоры и сочетание фотоники и микроволн. Ранее в этом месяце ученые сообщили об успехах в проекте по применению кремниевой фотоники для изготовления «лидара на чипе».
Если радар использует отражение радиоволн от объектов для получения сведений об окружающей среде, то лидар посылает световые волны (инфракрасные, ультрафиолетовые, лазерные или другие). Оба метода можно использовать для определения положения объекта в пространстве, а также его скорости и направления. Тем не менее, лидар считается более точным методом, поскольку длина волны меньше примерно в 100 000 раз. С другой стороны, погодные условия, такие как дождь или туман, негативно влияют на показания этих приборов.
Автономные машины от Google используют лидары для ориентации в пространстве – устройство расположено на крыше автомобиля и сканирует окружающий мир в радиусе 60 метров. Сообщается, что такое оборудование может стоить до 70 тысяч долларов за штуку. Возможно, именно высокой ценой лидаров объясняется приверженность другой компании, Tesla, к радарам. Глава Tesla Илон Маск несколько раз говорил о том, что для системы предпочтительнее использовать радары, камеры, ультразвук и другие сенсоры, поскольку лидар «не имеет смысла» для автономного вождения.
На сегодняшний день лидары представляют собой механические системы из множества компонентов, включая линзы и механизмы, вращающие приемник и передатчик. Такое устройство делает систему сложнее – а также создает больше элементов, которые потенциально могут выйти из строя. Кроме того, это увеличивает размер системы и снижает скорость обнаружения объектов. В свою очередь, устройство, представленное командой Массачусетского технологического института – это кремниевый фотонный чип размером 0,5х6 мм с вращающимися передающими и принимающими элементами и встроенными германиевыми фотодетекторами. Устройство не оборудовано лазером, но исследования показали, что в будущем его можно включить в конструкцию.
Лидар на чипе работает за счет управления фазами встроенной антенны – это возможно с помощью нагревания волноводов, поскольку высокая температура меняет свойства кремния, в частности, показатель преломления. По мере того как свет проходит через чип, он попадает на антенну и рассеивается – благодаря пересечению полей нескольких антенн можно сфокусировать луч без использования линз. Исследователи говорят, что чип работает в тысячу раз быстрее, чем механические лидары. Это может быть особенно полезно для скоростных автономных устройств, таких как дроны, поскольку разработка позволяет отслеживать маленькие, быстро движущиеся объекты и избегать столкновений.
На данном этапе радиус применения устройства составляет 2 метра, и ученые планируют увеличить его до 10 метров к концу года. Доступные на рынке системы лидаров стоят от 1000 до 70000 долларов, тогда как разработчики в Массачусетском технологическом институте считают, что изготовление одного чипа с помощью традиционных технологий заводов по производству полупроводников может стоить всего 10 долларов.
Специалисты в отрасли сообщают, что лидары на чипе могут поступить в продажу уже через несколько лет. Исследователи отмечают, что высокое разрешение изображений, полученных с помощью лидара на чипе, позволит использовать эту технологию для сенсоров на пальцах роботов. Кроме того, легко представить себе использование недорогих лидаров на автоматизированных заводах будущего.
Комментарии
(0) Добавить комментарий