Il Mit e i nuovi sensori LiDar dal costo di soli 10 dollari che rivoluzioneranno il mondo della scansione 3d

I ricercatori del MIT ridefiniscono la scansione 3D con dei sensori LiDAR dal costo di soli 10 dollari che sono 1000 volte più veloci rispetto ai sistemi esistenti

Mit nuovi sensori Lidar 01La cansione 3D assume molte forme, ma tutte prendono qualcosa da LiDAR (light detection and ranging). Nasce con l’invenzione del laser stesso, e utilizza dei fasci di luce per scoprire esattamente dove i pixel sono nello spazio 3D misurando il segnale di ritorno. Sono ampiamente usati in robotica e persino nella mappatura geografica, ma sono una tecnologia ingombrante e costosa che non sempre produce risultati di qualità adeguata. Ma l’intero mondo della scansione LiDAR e 3D sta per essere capovolto. Infatti  i ricercatori del MIT stanno producendo dei chip LiDAR su wafer da 300 millimetri,  che potrebbero costare attorno ai 10 dollari. Soprattutto, l’orientamento del fascio non meccanico in questo dispositivo è 1000 volte più veloce di quanto attualmente realizzato nei sistemi lidar meccanici.

Questa tecnologia rivoluzionaria è stato rivelata in un articolo IEEE daChristopher V. Poulton, dottorando, e dal suo supervisore il professor Michael R. Watts, che stanno lavorando con il DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) sulle innovazioni fotoniche. E, come sostengono, il loro nuovo chip LiDAR agirà come una forza dirompente nel mercato della scansione 3D e potrebbe essere utilizzato in qualsiasi cosa dalla robotica ai veicoli autonomi, negli scanner a basso costo e nei sensori indossabili. Questi campi sono tutti regolarmente denominati ‘ The next Big Thing’, ma questa innovazione potrebbe avere un impatto enorme.

I ricercatori del MIT  spiegano che la loro innovazione LiDAR affronta i principali limiti dei sistemi esistenti. La maggior parte dei sistemi LiDAR (compresi quelli sulle auto autonome) usano  componenti ottici discreti dello spazio libero, come i laser, lenti, e ricevitori esterni. In queste configurazioni, il laser limita  sia la dimensione e sia la complessità della scansione  rendendolo inadatto per ambienti difficili. Inoltre sono sistemi costosi, che costano  ovunque dai 1.000 ai 70.000 dollari.
Questi nuovi chip MIT LiDAR sono in netto contrasto con quei sistemi, questi chip potrebbero potenzialmente essere prodotti per 10 dollari al  pezzo (a volumi di produzione di milioni all’anno). “Questi dispositivi on-chip promettono di essere ordini di grandezza più piccoli, più leggeri e più economici rispetto ai sistemi LiDAR disponibili oggi sul mercato. Essi hanno anche il potenziale per essere molto più robusti a visto la mancanza di parti in movimento “, dicono. Ancora più importante, essi sono 1.000 volte più veloci rispetto ai sistemi LiDAR attuali e possono consentire una velocità di scansione ancora più veloce – molto utile per tenere traccia degli oggetti ad alta velocità come un veicolo a guida autonoma, per esempio.

Le sue origini si possono far risalire alla tecnologia fotonica in silicio, che utilizza guide d’onda in silicone a poche centinaia di nanometri di sezione trasversale per creare dei ‘fili per la luce’. Molto più piccoli delle fibre ottiche, che aprono la strada per i circuiti fotonici su molto piccoli chip con proprietà simili alle fibre ottiche, tranne che su una scala molto più piccola. Questi possono essere prodotti nelle fonderie CMOS a grandi volumi, e affrontare le questioni della fotonica fondamentali come la perdita della guida d’onda e dell’isolamento ottico.

Cosa che ha molto interessato la DARPA, che ha creato il programma elettronico- integrazione eterogenea fotonica  (E-PHI) nel 2011 con un occhio sulla scalabilità.  I successi del DARPA, in cui il professor Watt è stato anche coinvolto, già dimostrano il potenziale commerciale delle fonderie CMOS, ed i ricercatori del MIT hanno visto la possibilità di applicare gli stessi principi di produzione per i LiDAR.

Quindi, come funzionano ? In poche parole, questi chip sono in realtà dei LiDAR 0,5 mm x 6 mm chip fotonici in silicio  che caratterizzano la trasmissione e la ricezione orientabile  , così come i fotorivelatori in germanio. Mentre il laser non è stato ancora integrato, anche se è già stato dimostrato d’essere possibile. Per eseguire la scansione di qualcosa, le tacche di silicio all’interno di una guida d’onda come le antenne che disperdono la luce laser nello spazio libero. Una volta lì, i chip LiDAR utilizzano la stessa tecnica di misurazione del tempo di volo dei lidar esistenti per eseguire la scansione , ma senza essere influenzati dalla luce del sole o da tubi fotomoltiplicatori costosi e da fotorivelatori a valanga. Inoltre non richiedono lenti costose.

In questo momento, questo scanner a basso costo LiDAR è in grado di rilevare gli oggetti in un intervallo compreso tra i 5 centimetri e i 2 metri, anche se puntano ad arrivare ai 10 metri entro un anno. “C’è un percorso di sviluppo chiaro verso i LiDAR su una tecnologia chip che potranno  raggiungere i 100 metri, con la possibilità di andare ancora più lontano “, sostengono.

L’unico problema in questo momento è una gamma limitata di angolo  di 51 gradi,  il cui  superamento  sarà difficile a causa di problemi di dimensione. Tuttavia, essi ritengono che un angolo di 100 gradi dovrebbe  essere raggiungibile nel prossimo futuro, il che significa che un’immagine completa di 360 gradi può essere facilmente ottenuto con dei sensori multipli.

Allora, qual è il prossimo step ? Beh, è chiaro che molto lavoro deve ancora essere fatto e diverse innovazioni nei materiali potrebbero consentire  una risoluzione laterale superiore.

In caso di successo, questi chip potrebbero irrompere nel mercato dei veicoli autonomi e della robotica; moduli  poco costosi e molteplici  potranno  applicarsi ai veicoli e ai robot, dando loro la piena visione dei loro dintorni. Ma non c’è bisogno di essere molto fantasiosi  per pensare alle numerose altre opportunità di scansione 3D che questi chip potrebbero permettere. In un paio d’anni potrebbero rivoluzionare la scansione 3d così come la conosciamo.

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