Исследователи из Массачусетского технологического института заявили о разработке лидаров-на-чипе, способных совершить переворот в системах навигации и 3D-сканирования.

Есть у 3D-сканеров близкие родственники с большим будущим под названием «лидары». Лидар – лазерный аналог радара, рассматриваемый в качестве навигационного инструмента для автомобилей с автопилотом и даже авиации. Собственно, лидар есть ни что иное, как глаза искусственного водителя. С его помощью автопилот буквально видит картинку перед машиной, быстро измеряя дистанцию до каждого потенциального препятствия. Аналогичным образом работают и лазерные 3D-сканеры, ощупывающие поверхность модели лазерным лучом.

У технологии имеется один существенный недостаток: перемещение луча от точки к точке осуществляется механическим путем с вытекающими погрешностями, а также повышением сложности и стоимости. В свое время такая же проблема существовала и у радаров, но в последние годы активно развивается идея фазированных решеток: в таких радарах направление сигнала меняется не механическим путем, а за счет регулируемой интерференции отдельных лучей фазовым сдвигом. Как результат, необходимость в механической системе управления отпадает. Апогеем фазированных радиолокационных систем стали активные фазированные антенные решетки или «АФАР», состоящие из массивов чипов, каждый из которых генерирует свой сигнал.

Именно такие системы в силу скорости сканирования, гибкости, надежности и малозаметности рассматриваются в качестве одного из обязательных требований к истребителям пятого поколения. А можно ли применить аналогичную схему в лазерных сканерах? Свое решение предлагают исследователи из Массачусетского технологического института, создавшие первые лидары-на-чипе – кремниевые волноводы, создающие синтетический луч с разверткой в 100 кГц, то есть примерно в 10 000 раз быстрее, чем у механических аналогов.

Главным преимуществом новой технологии в коммерческом секторе будет даже не скорость, а дешевизна. В свое время Илон Маск утверждал, что ставить лидары на самоуправляемые автомобили не имеет смысла, так как радары и ультразвуковые детекторы более предпочтительны. Тем не менее, Google делает ставку именно на лазерные системы. Вероятнее всего, Илон немного лукавил, ибо при потенциально высоком разрешении существующие лидары просто слишком дороги, да еще и громоздки. Стоимость современных лидаров, пригодных для использования в автоматических навигационных системах, может с легкостью исчисляться десятками тысяч долларов, а вот себестоимость нового лидара-на-чипе можно снизить всего до $10. С другой стороны, дождь и туман будут негативно влиять на работу лазерных систем, а потому отчасти Маск прав, и полностью заменить радары на самоуправляемых автомобилях лидары вряд ли смогут. В 3D-сканировании же лидары-на-чипе могут совершить настоящий переворот. Перспективным представляется и использование недорогих чипов в качестве сенсоров для промышленных роботов.

Разработка ведется по заказу Агентства по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA), но не засекречена, а потому следует ожидать появления новой технологии на коммерческом рынке в ближайшие годы. Пока что исследователям предстоит проделать немалую работу по совершенствованию чипов: к концу года планируется довести дальность сканирования до десяти метров вместо нынешних двух, а диапазон отклонения синтетического луча повысить с 51 до 100 градусов.