Tania i wydajna alternatywa dla lidar. Tak naukowcy chcą usprawnić ważną technologię

Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda opracowali innowacyjny system, który można będzie zintegrować z niemal każdym produkowanym masowo czujnikiem obrazu opartym na technologii CMOS.

Dzięki temu możliwe jest rejestrowanie trójwymiarowych danych przy znacznie niższych kosztach niż ma to miejsce obecnie. Kluczową rolę odgrywa w tym przypadku tzw. efekt piezoelektryczny, za sprawą którego odkształcenie pewnych materiałów generuje energię elektryczną i odwrotnie.

Czytaj też: Powstał nowy szafirowy czujnik FBG. Ma usprawnić loty i monitorowanie reaktorów jądrowych

Za projektem stoją Okan Atalar i Amin Arbabian, którzy wykorzystali cienką warstwę niobianu litu. Związek ten jest używany między innymi w produkcji falowodów i przełączników optycznych. Pokrycie tej warstwy elektrodami umożliwiło wzbudzenie kryształu, tworząc falę stojącą, która moduluje natężenie przechodzącego przez nią światła.

Technologia lidar jest skuteczna, ale wiąże się z wysokimi kosztami

Publikacja poświęcona dokonaniom naukowców jest dostępna w Nature Communications i opisuje, jak wspomniana konstrukcja umożliwiła przeprowadzenie obliczeń, co z kolei ułatwiło określenie odległości do wybranych obiektów. Czas jest mierzony od momentu wyemitowania impulsu światła do chwili jego powrotu. W ten sposób można obliczyć odległość do obiektu, od którego odbił się impuls. Problem w tym, że nawet krótkie impulsy lasera mają długość liczoną w dziesiątkach centymetrów, przez co takie systemy tracą na wydajności.

W koncepcji proponowanej przez Atalara i Arbabiana sygnał laserowy jest modulowany, a detektor dekoduje tę modulację. Dzieje się to dzięki pomiarowi przesunięcia fazowego sygnału powrotnego. Modulator ten wymaga mniej niż jednego wata mocy, co jest znacznie niższym zapotrzebowaniem od konkurencyjnych. Łącząc modulator ze standardową kamerą CMOS o rozdzielczości 4 megapikseli udało się stworzyć mapę o stosunkowo wysokiej rozdzielczości. Cele zostały dzięki niej zlokalizowane z dokładnością do zaledwie kilku centymetrów.

Czytaj też: „Historyczny test” nowej broni laserowej. Layered Laser Defense udowodniło swoją skuteczność

W odróżnieniu od czujników opartych na technologii lidar, które kosztują tysiące dolarów, kamery wykorzystujące CMOS są produkowane w cenie zaledwie kilku dolarów. Nawet w połączeniu z modulatorem koszt takiego układu będzie znacznie niższy od dotychczasowych. Wśród potencjalnych zastosowań mówi się między innymi o kamerach bezpieczeństwa lub zestawach słuchawkowych do operowania w rzeczywistości wirtualnej i rozszerzonej. Poza tym, w ten sposób smartfony mogłyby zyskać możliwość wykrywania gestów rąk w trójwymiarze. Twórcy w przyszłości zamierzają zwiększyć częstotliwość działania systemu i zwiększyć jego dokładność.