�Por qué millones de láseres en un chip podrían ser el futuro de lidar

Por qué millones de láseres en un chip podrían ser el futuro de lidarAgrandar Ouster

Docenas de nuevas empresas están trabajando en Lyo DAR, un tipo de sensor láser que muchos expertos consideran esenciales para los autos totalmente autónomos. En Desde mi punto de vista, una de las empresas más interesantes se llama Ouster. Iescribí por primera vez sobre Ouster en mayo, cuando le expliqué cómo era contrarrestando una tendencia de la industria hacia un lidar fijo de “estado sólido” a favor del diseño giratorio creado por primera vez por el líder de la industria Velodyne.

Porque el lidar de Ouster se parece mucho a Velodyne en el afuera, supuse que también se veía similar por dentro. Pero en un reciente entrevista con Ars Technica, CEO de Ouster y cofundador Angus Pacala me dijo que el lidar de Ouster es realmente radicalmente diferente dentro.

Las solicitudes de patentes muestran que el venerable lidar de 64 láser de Velodyne tiene una pila de placas de circuito, cada una conectada individualmente láser empaquetado Por el contrario, si abres el caso de Ouster Unidad de 64 láser, encontrará que todos sus 64 rayos láser emanan de un circuito integrado no mucho más grande que un grano de arroz.

La decisión de Ouster de enfocarse inicialmente en un hilado convencional La unidad LIDAR puede resultar ser un poco falsa. Ouster comenzó con un lidar giratorio de estilo Velodyne en parte porque potencial los clientes están familiarizados con el diseño y en parte porque el diseño giratorio funciona con relativamente pocos láseres: 16 o 64 pulgadas Los diseños iniciales de Ouster. Pero la visión a largo plazo de Ouster es empacar muchos más láseres en un circuito integrado: miles de láser, y quizás eventualmente millones. Y eso podría permitir el Creación de un nuevo tipo de LIDAR de estado sólido que ofrece un atractivo ventajas sobre los lidars de estado sólido en el mercado hoy.

Para esta historia, Ouster le dio a Ars una mirada exclusiva en profundidad a Las tecnologías subyacentes a sus unidades LIDAR. Que yo sepa, y He hablado con varias personas en la industria: el lidar de Ouster es a diferencia de cualquier otro en el mercado hoy. Está construido sobre semiconductores tecnologías de chip que tienen el potencial de mejorar con el tiempo en de la misma manera que lo hicieron las cámaras digitales hace 15 años.

“La gente se sorprenderá de lo rápido que es nuestra tecnología mejora “, me dijo Pacala.

Eso es significativo porque el lidar más barato y mejor es un obstáculo clave para la adopción generalizada de automóviles sin conductor. Lidar adecuado para los autos sin conductor de hoy cuestan miles, si no decenas de miles, de dólares por un solo sensor. Ouster está sentando las bases para cambia eso.

El desafío de lidar de estado sólido

Velodyne has been the leading automotive-grade lidar maker for more than a decade.Enlarge/ Velodyne ha sido el fabricante líder de lidar de grado automotriz para más de una década. Velodyne

Hasta que apareció el fundador de Velodyne, David Hall, a mediados de la década de 2000, Los sensores LIDAR eran bidimensionales: escaneaban un solo Rebanada horizontal del mundo. Hall se dio cuenta de que podía mejorar este diseño básicamente apilando 64 de estos horizontales telémetros uno encima del otro, produciendo un tridimensional nube de puntos con una “resolución” vertical de 64 puntos.

Si bien el concepto era simple, en realidad fabricaba un El lidar de estilo Velodyne es endiabladamente difícil. Cada láser necesita estar alineado con precisión con un detector correspondiente, y todo el sistema debe mantenerse bien alineado a medida que gira, y mientras el automóvil Está unido a rebotes sobre baches. La complejidad de conseguir todo esto para trabajar ayuda a explicar por qué las unidades de gama alta de Velodyne históricamente han costado alrededor de $ 75,000.

Una estrategia obvia para construir un LIDAR más barato y duradero es para tratar de empacar la mayoría de los componentes en un integrado circuito: después de todo, así es como pasamos de computadoras del tamaño de una habitación a los que caben en nuestros bolsillos. En los últimos cinco años, hemos visto varias compañías intentan desarrollar lidares de “estado sólido” que lo hacen ese. Todos estos lidares prescinden de la cabeza giratoria a favor de una unidad de sensor fija que está apuntada permanentemente en una dirección.

Hasta ahora, la mayoría de las empresas que fabricaban lidar de estado sólido han intentado uno de tres enfoques:

  • En el enfoque “MEMS”, un solo rayo láser es “dirigido” por un pequeño espejo El espejo es lo suficientemente pequeño (y, por lo tanto, lo suficientemente bajo inercia angular) que puede completar una exploración bidimensional completa en una fracción de segundo
  • En el enfoque flash-lidar, un láser de gran angular ilumina el todo el campo de visión de lidar en un instante. Luego una serie de sensores detecta flashes de retorno desde diferentes direcciones.
  • Un tercer enfoque utiliza arreglos ópticos en fase, una técnica para Dirección de haz totalmente eléctrica.

    Lo que todas estas técnicas tienen en común es que reemplazan Los 64 láseres de Velodyne con un solo láser que ilumina el escena completa, ya sea de una vez o con algún tipo de escaneo movimiento. Los láseres convencionales son caros y voluminosos, por lo que reducen El número de láser de 64 a uno parece una forma sensata de reducir costos. Pero como discutiremos más abajo, estas técnicas tienen desventajas significativas

    Matrices de láseres, encerradas en silicio

    AmpliarWilliam Gancho / Flickr

    �Qué pasaría si, en cambio, pudieras colocar muchos láseres en un solo �chip? Esto no solo reduce el costo por láser, sino que también elimina la necesidad de laboriosa alineación láser durante la final ensamblaje, ya que los láseres vienen prealineados.

    El problema es que el láser basado en semiconductores más popular La tecnología, llamada láser de diodo emisor de borde, no es realmente adecuado para empacar un montón de láseres juntos. Los emisores de borde emiten luz en el plano de la oblea, lo que significa que la oblea debe ser corte abierto para exponer la superficie de emisión del láser.

    “Es increíblemente costoso construir una matriz de emisor lateral láseres de diodo “, dijo Pacala. Así que estos láseres tienden a empaquetarse como Unidades individuales.

    Ouster utiliza una tecnología diferente llamada cavidad vertical Láseres emisores de superficie (VCSEL). Los VCSEL no son nuevos. tecnología: se han utilizado durante mucho tiempo en redes ópticas, computadoras ratones, y más recientemente en las funciones de enfoque automático de teléfonos inteligentes cámaras Pero Ouster es una de las pocas compañías en construir LIDAR unidades con VCSEL, y la única compañía que conocemos con un envío de productos y especificaciones y precios publicados.

    Como su nombre indica, los láseres emisores de superficie emiten luz perpendicular a la superficie de la oblea. Eso significa que no hay necesita cortar la oblea en cualquier punto particular para que el láser sea funcional. Y eso, a su vez, hace que construir densos conjuntos de VCSEL es mucho más fácil.

    “El troquel VCSEL en nuestro láser es realmente del tamaño de un grano de arroz “, dijo Pacala a Ars.” Está produciendo toda la luz que nuestros sensores usan para ver cientos de metros “.

    Y Pacala dice que este chip de 64 láser es solo el comienzo.

    “Es como las cámaras digitales cada vez más altas los megapíxeles cuentan “, nos dijo.” Su cámara no cambió de tamaño o costo, pero [los diseñadores] pudieron empaquetar más píxeles en el mismo espacio. Exactamente lo mismo está sucediendo con nosotros. Vamos a ser capaz de duplicar, cuadruplicar, 10 veces la resolución, sin ninguna cambio.”

    Inicialmente, eso probablemente significará aumentar la vertical resolución de la unidad lidar de Ouster. La mejor línea de Velodyne la unidad tiene 128 láseres y, por lo tanto, una resolución vertical de 128 puntos. Si todo va de acuerdo al plan, podemos esperar que Ouster comience Velodyne de una sola vez al ofrecer lidares giratorios con mayor resoluciones verticales: quizás 256, 512 o 1,024 escaneo filas, sin un aumento significativo en los precios.

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