Швейцарские исследователи создали чип 4D-зрения для мгновенного отслеживания скорости объектов
Исследователи из компании Pointcloud GmbH, расположенной в Цюрихе, совершили технологический прорыв, сумев разместить сложную систему 4D-сенсоров на одном кремниевом чипе. Ранее подобные технологии требовали громоздкого оборудования, что делало их непрактичными для повседневного использования. Новая разработка представляет собой датчик 4D-визуализации, который не только составляет карту физического мира в трех измерениях, но и одновременно измеряет скорость каждого движущегося объекта в поле своего зрения.
В отличие от большинства современных дронов, использующих импульсный LiDAR (лазерный радар), который требует вычисления скорости путем сравнения двух последовательных кадров, новый чип работает на иных принципах. Он использует метод частотно-модулированной непрерывной волны (FMCW) и непрерывный лазерный луч. В основе датчика лежит матрица (Focal Plane Array), состоящая из 61 952 стационарных пикселей. Каждый пиксель выполняет двойную функцию — излучает и принимает лазерный свет, что стало возможным благодаря сети оптических переключателей, интегрированных непосредственно на чипе.
По словам исследователей, данная разработка содержит более 600 тысяч фотонных компонентов, что в пять раз превышает показатели предыдущих аналогичных устройств. Такой подход позволяет датчику улавливать мельчайшие сдвиги частоты света, чтобы одновременно и с высокой точностью определять расстояние до объекта и его мгновенную скорость.
Эффективность технологии была подтверждена в ходе ряда испытаний. Чип успешно создавал детализированные 3D-карты помещений на расстоянии от 6 до 11 метров. Кроме того, он продемонстрировал способность различать мелкие архитектурные детали здания, находящегося на расстоянии 65 метров, и точно фиксировать скорость вращающегося диска. Благодаря интеграции всей необходимой электроники на кремниевой подложке, ведущий автор исследования Ремус Николаеску отмечает, что система готова к недорогому массовому производству.
Потенциальные области применения нового датчика обширны: от оснащения автономных дронов и роботов до интеграции в камеры будущих смартфонов для получения высокопроизводительных 4D-изображений. В настоящее время команда разработчиков работает над дальнейшим повышением разрешения и расширением диапазона действия сенсора.
Результаты этой работы были в научном журнале Nature.