Un auto sin conductor tiene dificultades para reconocer la diferencia entre un niño pequeño y una bolsa marrón que de repente aparece a la vista debido a las limitaciones en la forma en que detecta los objetos usando LIDAR.
La industria de vehículos autónomos está explorando el lidar de "onda continua modulada en frecuencia" FMCW para resolver este problema. Los investigadores han construido una forma en que este tipo de lidar podría lograr una detección de mayor resolución de los objetos cercanos que se mueven rápidamente a través del control mecánico y la modulaciónde luz en un chip de silicio.
El trabajo, publicado en Naturaleza , fue realizado por el laboratorio OxideMEMS de la Universidad de Purdue y el Laboratorio de Fotónica y Mediciones Cuánticas de la École polytechnique fédérale de Lausanne EPFL, un instituto de investigación y universidad de Lausana, Suiza.
FMCW lidar detecta objetos escaneando luz láser desde la parte superior de un vehículo autónomo. Un solo rayo láser se divide en un peine de otras longitudes de onda, llamado microcombustible, para escanear un área. La luz rebota de un objeto y va al detectora través de un aislador óptico o circulador, que garantiza que toda la luz reflejada termine en la matriz del detector.
Lo que los investigadores de Purdue y EPFL desarrollaron utiliza ondas acústicas para permitir una sintonización más rápida de estos componentes, lo que podría brindar una detección lidar FMCW de mayor resolución de objetos cercanos.
La tecnología integra transductores de sistemas microelectromecánicos MEMS hechos de nitruro de aluminio para modular el microcomb a altas frecuencias que van desde megahercios a gigahercios. El aislador óptico que el equipo desarrolló como parte de este proceso se describe más detalladamente en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
Un conjunto de transductores MEMS en fase, también utilizados en teléfonos celulares para discernir bandas celulares, agita la luz a frecuencias de gigahercios al lanzar una onda de tensión similar a un sacacorchos en un chip de silicio.
"El movimiento de agitación modula la luz de tal manera que solo puede viajar en una dirección", dijo Sunil Bhave, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Purdue.
Hao Tian, candidato a doctorado de Purdue en ingeniería eléctrica e informática, construyó los transductores MEMS en la instalación de nanofabricación Scifres del centro de nanotecnología Birck de Purdue en Discovery Park. Integró los transductores con una oblea fotónica de nitruro de silicio desarrollada en EPFL.
"El estrecho confinamiento vertical de las ondas acústicas a granel evita la conversación cruzada y permite la colocación cercana de los actuadores", dijo Tian.
Otros transductores en la misma tecnología excitan una onda acústica que sacude el chip a frecuencias de megahercios, lo que demuestra el control por debajo de microsegundos y la sintonización del microcomb o pulso láser de pulso.
"Este logro, que une la fotónica integrada, la ingeniería MEMS y la óptica no lineal, representa un nuevo hito para la emergente tecnología de microcombinación basada en chips", dijo Junqiu Liu, el primer autor en el Naturaleza papel que lidera la fabricación de chips fotónicos de nitruro de silicio en el Centro EPFL de MicroNanoTechnology.
Esta técnica de modulación de luz no solo integra la mecánica con la óptica, sino también los procesos de fabricación involucrados, lo que hace que la tecnología sea más comercialmente viable, dijeron los investigadores. Los transductores MEMS simplemente se fabrican en la parte superior de la oblea fotónica de nitruro de silicio con un procesamiento mínimo.
"Hasta ahora, las aplicaciones imprevistas seguirán en varias comunidades", dijo Tobias Kippenberg, profesor de física en EPFL. "Se ha demostrado una y otra vez que los sistemas híbridos pueden obtener ventajas y funcionalidades más allá de las obtenidas con componentes individuales".
Según los investigadores, la nueva tecnología podría proporcionar el ímpetu para las aplicaciones de microcombustible en sistemas críticos de energía, como en el espacio, centros de datos y relojes atómicos portátiles, o en entornos extremos, como aquellos con temperaturas criogénicas.
"Nuestros resultados no hubieran sido posibles sin esta colaboración multidisciplinaria e intercontinental", dijo Bhave.
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