A tecnologia por trás do iPhone lidar pode chegar em breve aos carros

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A história é semelhante com diodos de avalanche de fóton único. Como o nome indica, eles são sensíveis o suficiente para detectar um único fóton. Alta sensibilidade significa que eles sofrem muito ruído. Como resultado, é necessário um pós-processamento sofisticado para usá-los em um aplicativo como o lidar. Mas uma grande vantagem dos SPADs é que – como os VCSELs – eles podem ser fabricados usando técnicas convencionais de semicondutores, e milhares deles podem ser embalados em um único chip.

A combinação de VCSELs e SPADs permite uma simplificação dramática dos designs Lidar convencionais. O lidar tridimensional original da Velodyne montava 64 lasers individualmente embalados em uma coluna em um gimbal giratório. Cada laser tinha um detector correspondente. A complexidade desse projeto e a necessidade de alinhar com precisão cada laser com seu detector correspondente foi uma das razões pelas quais as primeiras unidades lidar do Velodyne eram tão caras.

Mais recentemente, várias empresas experimentaram o uso de pequenos espelhos para "direcionar" um feixe de laser em um padrão de varredura. Este projeto requer apenas um único laser em vez de 64. Mas ainda envolve pelo menos uma parte móvel.

Em contraste, Apple, Ouster e Ibeo estão construindo sensores lidar sem nenhuma peça móvel. Com milhares de lasers em um chip, os lidars baseados em VCSEL podem ter um laser dedicado para cada ponto no campo de visão do lidar. E como todos esses lasers vêm pré-embalados em um único chip, a montagem é muito mais simples do que para o design giratório clássico do Velodyne.

IPhones recentes já tinham outro sensor 3-D chamado de câmera TrueDepth que permitia Recurso FaceID da Apple. Ele também usou uma série de VCSELs supostamente fornecidos pela Lumentum. TrueDepth funciona projetando uma grade de mais de 30.000 pontos no rosto de um sujeito e, em seguida, estimando a forma tridimensional do rosto do usuário com base na forma como o padrão da grade foi deformado.

O sensor lidar do iPad projeta muito menos pontos de laser do que a câmera TrueDepth. A vídeo iFixIt feito com uma câmera infravermelha mostrou o lidar projetando uma grade de apenas algumas centenas de pixels. Mas enquanto o padrão TrueDepth tenta adivinhar as profundidades com base na forma da luz que incide no rosto de um sujeito, o sensor LIDAR do iPad mede distâncias diretamente medindo quanto tempo leva para a luz refletir em um objeto e retornar para a câmera. Este processo provavelmente resulta em melhor precisão nas medições de profundidade e também em maior alcance.

Lidar mais poderoso também usa VCSELs e SPADs

Prolongar / Os sensores OS-1 (esquerda) e OS-2 lidar de Ouster.

O desempenho do lidar da Apple está muito aquém dos sensores de ponta vendidos por empresas lidar especializadas. Velodyne, a empresa que inventou lidar tridimensional, apregoa um alcance de mais de 200 metros para seu lidar mais poderoso, enquanto o sensor da Apple tem um alcance de cerca de cinco metros.

Outros lidars baseados em VCSEL são significativamente mais poderosos que os da Apple também. Lidar baseado em VCSEL mais poderoso de Ouster, por exemplo, orgulha-se uma faixa de cerca de 100 metros para detectar objetos com 10 por cento de refletividade.

Os sensores atuais de Ouster são todos unidades giratórias do estilo Velodyne. Eles têm de 16 a 128 VCSELs em uma linha em um único chip – esse chip é então montado verticalmente em um gimbal giratório como as unidades do Velodyne. A simplicidade desse design de estado sólido permitiu que Ouster reduzisse o preço do Velodyne e emergisse como um dos maiores rivais do Velodyne. Mas esses sensores giratórios lidar da Ouster ainda custam milhares de dólares – muito caros para serem usados ​​em carros convencionais, para não falar dos smartphones.

Semana passada, Ouster planos anunciados para enviar um novo lidar de estado sólido sem partes móveis. Em vez de organizar de 16 a 128 lasers em uma linha como no lidar atual de Ouster, a nova unidade de Ouster terá mais de 20.000 VCSELs dispostos em uma grade bidimensional.

Ibeo está seguindo uma estratégia semelhante e pode estar à frente de Ouster. Ibeo projetou o primeiro lidar já enviado em um carro para o mercado de massa – o Audi A8. Esse lidar era primitivo, com apenas quatro linhas de resolução vertical. Mas Ibeo agora está desenvolvendo um novo modelo chamado ibeoNext que terá grade de laser de 128 por 80 pixels – um pouco menor do que o sensor planejado de Ouster, mas significativamente maior do que as ofertas anteriores da Ibeo. Ibeo diz que seu sensor terá um alcance de 150 metros para objetos com 10 por cento de refletividade.

Um candidato final que vale a pena mencionar aqui é Sense Photonics, que nós coberto em janeiro. Como as outras empresas que discutimos, a Sense está usando VCSELs e SPADs para seu lidar. No entanto, a Sense está usando uma técnica chamada impressão por micro-transferência para espalhar seus lasers. Isso permite que os lasers usem mais energia sem gerar problemas de calor e de segurança dos olhos. Até agora, os lidars da Sense não têm longo alcance, mas o CEO da Sense, Shauna McIntyre, disse a Ars que a empresa está visando um alcance de 200 metros para um sensor que será anunciado no início de 2021.

Lidar está prestes a invadir o mercado automotivo

IbeoNext lidar.
Prolongar / IbeoNext lidar.

Ibeo

Ibeo, Sense e Ouster estão lançando novos projetos de baixo custo porque esperam uma explosão de demanda da indústria automotiva. Os sensores Lidar podem melhorar drasticamente os sistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS) dos veículos.

Por exemplo, muitas pessoas veem a Tesla como tendo um dos sistemas ADAS mais avançados do setor. Mas a empresa tem um problema persistente com seus veículos batendo em objetos estacionários– ocasionalmente com resultados fatais. Lidar é melhor do que câmeras ou radar na detecção de objetos estacionários, portanto, adicionar lidar aos carros pode prevenir muitos desses acidentes enquanto torna os sistemas ADAS mais convenientes para os motoristas.

Até agora, lidar era considerado muito caro para o mercado automotivo, mas isso começou a mudar, com várias empresas prometendo sensores lidar que custariam menos de US $ 1.000 nos próximos anos.

A Ouster pretende ter seu sensor ES2 pronto para produção automotiva em massa em 2024. A empresa diz que custará inicialmente $ 600 em volume, com o preço caindo para $ 100 nos anos seguintes.

A Ibeo não anunciou um preço para o IbeoNext, mas a empresa diz que já fechou um acordo com a Great Wall Motors, uma grande montadora da China, para iniciar a fabricação em massa em 2022.

Empresas com designs lidar não VCSEL também estão entrando neste mercado. Um dos mais proeminentes é o Luminar, que anunciou um acordo com a Volvo em maio. A Volvo pretende ter carros com Luminar lidar disponíveis em 2022.

Esses projetos têm diferentes pontos fortes e fracos. Até agora, o lidar da Luminar tem alcance mais longo – até 250 metros. Isso é possível porque o Luminar usa lasers em um comprimento de onda de 1550 nm – muito fora da faixa de luz visível. O fluido no olho humano é opaco à luz de 1550 nm, o que significa que o lidar da Luminar pode usar muito mais potência do laser sem criar um risco para a segurança dos olhos. O lidar da Luminar também oferece um campo de visão mais amplo do que o de Ouster.

Fonte: Ars Technica