Специалисты из компании Pointcloud GmbH, базирующейся в Цюрихе, добились значительного технологического прогресса, разработав сложную систему 4D-сенсоров, интегрированную на одном кремниевом чипе. До этого момента для реализации подобных технологий требовалось объемное оборудование, что ограничивало их применение в повседневной практике. Инновационная разработка – это датчик 4D-визуализации, который способен создавать трехмерную карту окружающего пространства и одновременно определять скорость каждого объекта, находящегося в зоне его видимости.
В отличие от большинства современных беспилотных летательных аппаратов, применяющих импульсный LiDAR, для определения скорости которого требуется сопоставление нескольких кадров, новый чип функционирует по другой схеме. Он основан на методе частотно-модулированной непрерывной волны (FMCW) и использует непрерывный лазерный луч. Ключевым элементом датчика является матрица (Focal Plane Array), включающая 61 952 стационарных пикселей. Каждый пиксель совмещает в себе две задачи: он излучает и принимает лазерный свет, что стало возможным благодаря сети оптических переключателей, встроенных непосредственно в чип.
Согласно заявлениям ученых, в новой разработке насчитывается свыше 600 тысяч фотонных элементов, что в пять раз больше, чем в предыдущих подобных устройствах. Благодаря такой конструкции датчик способен фиксировать даже незначительные изменения частоты светового потока, что позволяет одновременно и с высокой точностью измерять расстояние до объекта, и определять его скорость.
Результаты нескольких тестов подтвердили высокую производительность данной технологии. Микросхема успешно формировала детализированные трехмерные карты помещений на дистанции от 6 до 11 метров. Помимо этого, она показала возможность распознавания незначительных архитектурных элементов здания, расположенного на расстоянии 65 метров, и точного определения скорости вращения диска. По словам ведущего автора исследования, Ремуса Николаеску, благодаря включению всей необходимой электроники в кремниевую основу, система пригодна для экономичного серийного выпуска.
Новый датчик находит применение во множестве сфер: от оснащения автономных дронов и роботов до использования в камерах перспективных смартфонов для создания высококачественных 4D-изображений. Сейчас разработчики сосредоточены на увеличении разрешения и расширении радиуса действия сенсора.
Результаты этой работы были в научном журнале Nature.