Ingenieurs en bedrijfsleiders werken al jaren aan zelfrijdende auto's, maar er is één groot obstakel om ze goedkoop genoeg te maken om gemeengoed te worden:ze hadden een manier nodig om de kosten van lidar te verlagen, de technologie waarmee robotnavigatiesystemen voetgangers en andere gevaren langs de rijbaan kunnen herkennen en vermijden door lichtgolven op deze potentiële obstakels te laten weerkaatsen.

De huidige lidars gebruiken complexe mechanische onderdelen om de infraroodlasers ter grootte van een zaklamp rond te laten draaien als de ouderwetse, kauwgomlampen bovenop politieauto's - voor $ 8, 000 tot $30, 000.

Maar nu werkt een team onder leiding van elektrotechnisch ingenieur Jelena Vuckovic aan het verkleinen van de mechanische en elektronische componenten in een lidar op het dak tot een enkele siliciumchip waarvan ze denkt dat die voor slechts een paar honderd dollar in massa kan worden geproduceerd.

Het project komt voort uit jarenlang onderzoek door het laboratorium van Vuckovic om een ​​praktische manier te vinden om te profiteren van een eenvoudig feit:net zoals zonlicht door glas schijnt, silicium is transparant voor het infrarood laserlicht dat door lidar wordt gebruikt (afkorting voor lichtdetectie en -bereik).

In een studie gepubliceerd in Natuurfotonica , de onderzoekers beschrijven hoe ze het silicium hebben gestructureerd op een manier die zijn infraroodtransparantie gebruikt om te controleren, focus en benut de kracht van fotonen, de eigenzinnige deeltjes die lichtstralen vormen.

Het team gebruikte een proces dat inverse design wordt genoemd en dat het laboratorium van Vuckovic de afgelopen tien jaar heeft ontwikkeld. Invers ontwerp is gebaseerd op een krachtig algoritme dat een blauwdruk maakt voor de daadwerkelijke fotonische circuits die specifieke functies uitvoeren - in dit geval het schieten van een laserstraal voor een auto om objecten in de weg te lokaliseren en het gereflecteerde licht terug te leiden naar een detector. Gebaseerd op de vertraging tussen het moment waarop de lichtpuls naar voren wordt gestuurd en het moment waarop de straal terugkaatst naar de detector, lidars meten de afstand tussen auto en objecten.

Het kostte het team van Vuckovic twee jaar om de circuitlay-out te maken voor het lidar-on-a-chip-prototype dat ze bouwden in de nanofabricagefaciliteit van Stanford. Postdoctoraal wetenschapper Ki Youl Yang en Ph.D. student Jinhie Skarda speelde een sleutelrol in dat proces, met cruciale theoretische inzichten van de natuurkundige Andrea Alù van de City University of New York en CUNY-postdoctoraal wetenschapper Michele Cotrufo.

Het bouwen van dit bereikbepalingsmechanisme op een chip is slechts de eerste, zij het essentiële, stap in de richting van het creëren van goedkope lidars. De onderzoekers werken nu aan de volgende mijlpaal, ervoor te zorgen dat de laserstraal in een cirkel kan zwaaien zonder dure mechanische onderdelen te gebruiken. Vuckovic schat dat haar laboratorium ongeveer drie jaar verwijderd is van het bouwen van een prototype dat klaar zou zijn voor een test op de weg.

"We zijn op weg om een ​​lidar-on-a-chip te bouwen die goedkoop genoeg is om een ​​massamarkt voor autonome auto's te helpen creëren. ', zei Vuckovic.