Lidar em um chip se coloca

Sensores comerciais serão confiáveis, pequenos e acessíveis

Acidentes de carro são responsáveis por 1,3 milhão de mortes anualmente, de acordo com a Organização Mundial da Saúde. É como perder a cidade de Praga todos os anos. A mudança para carros e caminhões autônomos, com vários tipos de sensores eletrônicos e computadores sofisticados no comando, poderia salvar inúmeras vidas. Mas tem sido difícil colocar esta tecnologia promissora nas mãos das pessoas, apesar dos enormes investimentos em investigação e do considerável progresso técnico.

Então, quando os carros autônomos realmente chegarão a uma garagem perto de você? A resposta depende em parte de esses carros exigirem um tipo de sensor chamado lidar, abreviação de “detecção e alcance de luz”. A maioria dos grupos que desenvolvem veículos autônomos vê o lidar como uma parte crítica do conjunto de sensores necessário para uma operação segura, porque permite que um mapa 3D detalhado do ambiente do veículo seja construído com muito mais fidelidade do que pode ser feito com câmeras.

Elon Musk, porém, tem pressionado a Tesla a adotar uma abordagem controversa apenas com câmeras para a direção autônoma. “Os humanos dirigem com olhos e redes neurais biológicas, então faz sentido que câmeras e redes neurais de silício sejam a única maneira de alcançar uma solução generalizada para a direção autônoma”, Musk tuitou em 2021. A complexidade mecânica e o alto custo da maioria dos sensores lidar - que não há muito tempo teria acrescentado dezenas de milhares de dólares ao preço de cada veículo – sem dúvida ajudou a moldar as opiniões de Musk. Já em 2016, ele declarou que “todos os veículos Tesla que saem da fábrica têm o hardware necessário para a autonomia de nível 5” – o que significa que apenas os carros com câmaras e computadores têm o que é necessário para uma condução totalmente autónoma.

O mais recente protótipo de sistema lidar da Analog Photonics mostra suas capacidades em um cruzamento movimentado em Boston. Fotônica Analógica

Sete anos e muitos acidentes depois, a Tesla não passou do Nível 2 de Autonomia, e os especialistas em segurança no trânsito questionam a rejeição de Musk ao lidar. A exigência de sensores caros, no entanto, retardaria a implantação generalizada de sistemas avançados de assistência ao condutor e de condução totalmente autônoma. Mas reduzir o custo destes sensores a um nível que satisfaça os fabricantes de automóveis continua a ser um objetivo difícil para os fabricantes de lidar, que também devem considerar como adicionar os seus dispositivos aos carros sem prejudicar a estética do veículo.

Nós e outros funcionários de nossa empresa, a Analog Photonics, que saiu do MIT em 2016, esperamos romper esse impasse. Estamos desenvolvendo um pequeno lidar de phased array em escala de chip que promete reduzir custos e simplificar a integração. Gostaríamos aqui de explicar alguns dos desafios técnicos que encontramos e quão próximos estamos da comercialização.

Hoje, mais da metade dos carros novos estão equipados com um ou mais sensores de radar. Esses sensores são de estado sólido, custam aos fabricantes menos de US$ 100 cada e são pequenos o suficiente para serem colocados discretamente ao redor do veículo. Eles são usados ​​para uma variedade de coisas, incluindo frenagem automática de emergência e controle de cruzeiro adaptativo, bem como manutenção de faixa e outras funções avançadas de assistência ao motorista.

Mas nem sempre foi assim. Os primeiros radares automotivos eram grandes, dirigidos mecanicamente, emitiam pulsos curtos de ondas de rádio e tinham desempenho limitado. Mas a mudança para a varredura eletrônica e as emissões de ondas contínuas em radares automotivos trouxe avanços de desempenho e reduções de custos, o que, por sua vez, deu início ao seu uso generalizado.

Lidar está agora passando pela mesma evolução. A tecnologia começou a ganhar as manchetes por volta de 2016, quando uma série de empresas, estimuladas pelo sucesso dos sensores lidar em veículos inscritos no Grande Desafio da DARPA uma década antes, começaram a desenvolver sistemas personalizados para veículos autônomos. Esses sistemas tendiam a ser montados a partir de componentes prontos para uso.

Esta animação mostra como o atraso do sinal enviado por uma série de emissores pode ser usado para direcionar a transmissão em diferentes direções. Esses conjuntos de emissores em fase são frequentemente usados ​​para radar, mas também podem ser usados ​​para direcionar o feixe de luz em um sistema lidar. Sandeep Sharma