Hoje, a maioria dos lidares possui entre 1 e 128 lasers – este possui 11.000

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Hoje, a maioria dos lidares possui entre 1 e 128 lasers - este possui 11.000

Os sensores Lidar trabalham refletindo a luz do laser sobre os objetos ao redor para produzir uma "nuvem de pontos" tridimensional. O primeiro lidar tridimensional moderno foi criado para o DARPA Grand Challenge de 2005, uma competição de carros autônomos. Hoje, muitos especialistas continuam a ver o lidar como uma tecnologia essencial para carros autônomos.

O lidar original de 2005, fabricado por uma empresa chamada Velodyne, continha uma matriz vertical de 64 lasers que giravam em torno de 360 ​​graus. Cada laser teve que ser cuidadosamente alinhado com um detector correspondente. Essa complexidade contribuiu para preços tão altos quanto $ 75.000. Hoje, os lidares sofisticados ainda custam dezenas de milhares de dólares.

Agora, existem dezenas de startups tentando construir o lidar mais barato. Muitos deles tentam reduzir custos usando um único raio laser digitalizado em um padrão bidimensional.

Mas outras empresas lidam estão levando as coisas na outra direção: construindo lidares com milhares de lasers. Uma empresa chamada Sense está vendendo um lidar com 11.000 lasers por cerca de US $ 3.000 cada. Outra empresa chamada Ibeo está trabalhando em um lidar que terá mais de 10.000 lasers.

Para deixar claro, o novo lidar do Ibeo ainda não foi lançado, então não sabemos quão bem ele será. E os atuais lidares do Sense não estão perto de igualar o desempenho do melhor lidar da Velodyne. Eles têm um alcance de 15 a 40 metros, em comparação com mais de 200 metros em algumas unidades Velodyne.

Mas o CEO da Sense, Scott Burroughs, diz que está apenas começando. A empresa está trabalhando em um novo sensor com um alcance de 200 metros que deve ser lançado no próximo ano. Isso poderia torná-lo competitivo com os atuais sensores lid de ponta. A Ibeo, por sua vez, tem profundas conexões com a indústria automotiva, o que poderia permitir grandes acordos com as montadoras convencionais.

Impressão por microtransferência

A Sense e a Ibeo estão usando um tipo de laser de baixo custo chamado de laser emissor de superfície de cavidade vertical (VCSEL). Os VCSELs podem ser fabricados usando técnicas convencionais de semicondutores, permitindo que milhares ou até milhões deles sejam criados em uma única pastilha. Nós anteriormente cobriu outra startup, Ouster, cujo lidar é baseado em VCSELs.

O lidar da Sense tem muito mais lasers do que o de Ouster. Para conseguir isso, o Sense usa uma técnica chamada impressão por microtransferência.

Não é muito difícil fabricar milhares de VCSELs em um único dado. Mas se você enviasse um chip com 11.000 lasers bem compactados, poderia ter alguns problemas. Ter tantos lasers em uma área apertada pode gerar muito calor. E você também pode ter problemas com a segurança ocular. Os VCSEL operam a uma frequência que pode danificar a retina humana; portanto, se alguém apontar 11.000 lasers para os olhos, poderá causar ferimentos permanentes.

O Sense tem uma solução inteligente para esses problemas: espalhe os lasers. Depois de fabricar milhares de VCSELs em uma pastilha de arseneto de gálio, a Sense os move para um novo substrato cerâmico condutor de calor, espalhando-os no processo.

Pequenas saliências de borracha capturam microchips usando forças eletrostáticas. "Src =" https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2020/01/Screen-Shot-2020-01-16-at-10.48.34- AM-640x175.png "width =" 640 "height =" 175 "srcset =" https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2020/01/Screen-Shot-2020-01-16-at -10.48.34-AM-1280x350.png 2x
Prolongar / Pequenos solavancos de borracha capturam microchips usando forças eletrostáticas.

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É aqui que entra a impressão por microtransferência. A técnica usa um carimbo de borracha com uma grade de pequenas saliências na parte inferior. Quando um desses inchaços toca um minúsculo chip VCSEL, ele pode ser captado usando forças eletrostáticas.

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Os solavancos são dispostos de modo que um em cada n os chips – na direção horizontal e vertical – são retirados da bolacha original e colocados no novo substrato. Então, para a próxima unidade lidar, o selo pega outro conjunto de chips em um slot. Dessa maneira, uma única pastilha de silício pode produzir conjuntos de 11.000 laser para muitas unidades Lidar.

O Sense tem como objetivo aumentar o alcance de seus lidares

Ouster

Em vez de escanear uma cena sequencialmente, como muitos outros sensores lidar, o Sense usa seus 11.000 lasers para iluminar uma cena inteira em um único flash. O sensor mede quanto tempo o flash de retorno leva para se recuperar de várias direções.

Lidares de flash como esse tendem a ter um alcance ruim, porque iluminar uma cena inteira significa que a luz é desperdiçada no espaço entre os pixels. A Sense está essencialmente adotando uma abordagem de força bruta para esse problema, usando muita luz para iluminar a cena. Espalhar os lasers ajuda a lidar com os problemas de segurança nos olhos e no calor que essa abordagem levaria de outra forma.

Ainda assim, Angus Pacala, CEO da Ouster, observa que a abordagem da Sense tem uma desvantagem significativa: alto consumo de energia. "Mais energia elétrica significa sensores maiores", disse ele a Ars. "Sensores maiores significam mais custo e uma integração mais difícil".

Os produtos atuais da Sense oferecem faixas mais curtas do que os principais lidares, apesar de consumirem mais energia. Os lidares da Sense consomem significativamente mais energia – 25 a 35 watts – do que rivais de longo alcance como Ouster (14 a 20 watts) ou Velodyne (8 a 12 watts). E os lidares Ouster e Velodyne são unidades giratórias de 360 ​​graus; você precisaria de várias unidades lidares fixas da Sense para obter a mesma cobertura de 360 ​​graus.

Burroughs tem como objetivo lançar um lidar de 200 metros em 2021. Ele terá ainda mais de 11.000 lasers – embora o número exato ainda não tenha sido determinado. Um dos principais desafios será alcançar um alcance maior sem um aumento igualmente dramático no consumo de energia.

Os diodos de avalanche de fóton único estão ficando na moda

Ibeo

Uma maneira de o Sense planejar fazer isso é usar uma variedade de diodos de avalanche de fóton único (SPADs) para detectar luz laser refletida em seu sensor lidar de última geração. Este é outro paralelo ao Ouster, que usa SPADs em seu próprio lidar. Em um entrevista com Ars Technica em 2018, Pacala disse que sua visão de longo prazo era usar matrizes bidimensionais de lasers VCSEL e detectores SPAD para construir lidares que funcionam muito como câmeras – o que parece muito com o produto que o Sense pretende lançar no próximo ano.

Como o nome sugere, os SPADs são sensíveis o suficiente para detectar um único fóton. E, como os VCSELs, eles podem ser fabricados usando processos convencionais de silício – permitindo que sejam baratos em escala. Sua maior sensibilidade pode ajudar o Sense a alcançar um alcance maior para uma determinada quantidade de luz laser.

Curiosamente, a Ibeo também planeja usar SPADs para sua próxima geração do lidar.

Ibeo não é uma startup. Alguns de seus lidares foram usados ​​no DARPA Grand Challenge de 2005, mas a participação da empresa tende a ser negligenciada, porque seus lidares tinham apenas quatro linhas de escaneamento em oposição aos 64 de Velodyne. Ibeo obteve um grande golpe alguns anos atrás, quando conseguiu um contrato para lidares de fornecimento para Audi– a primeira vez que os lidares foram instalados nos carros de produção. A Ibeo conta com a ZF, uma importante fornecedora de automóveis de "nível 1", como acionista minoritária, o que poderia ajudá-la a obter contratos automotivos adicionais no futuro.

Em uma entrevista de quinta-feira, o diretor de operações da Ibeo, Mario Brumm, disse à Ars que a próxima geração do Ibeo, prevista para o final deste ano, apresentaria uma matriz de VCSELs de 128 por 80 juntamente com uma matriz de SPADs de 128 por 80. A Ibeo está buscando um projeto modular que permita à empresa usar diferentes ópticas para fornecer uma variedade de modelos com diferentes capacidades – de um lidar de longo alcance com um campo de visão estreito a um lidar de grande angular com alcance menor. A Ibeo tem como objetivo tornar esses lidares baratos o suficiente para que possam ser vendidos às montadoras para produção em massa a partir do final de 2022 ou início de 2023.

Uma pergunta óbvia aqui é como a Ibeo lidará com os problemas de calor e segurança ocular que a Sense está resolvendo com a impressão por microtransferência. Uma possibilidade é que, usando SPADs altamente sensíveis, a Ibeo possa reduzir a produção de energia de seus lasers o suficiente para evitar problemas de energia e segurança ocular. Também pode ajudar o Ibeo ter uma conexão individual entre lasers e detectores, levando a menos fótons "desperdiçados". Em nossa conversa, Brumm me disse que a baixa energia era uma prioridade para os clientes automotivos da empresa.

Por outro lado, pode ser difícil conseguir que essa abordagem funcione sem a tecnologia de impressão por microtransferência da Sense – e que tanto a Ibeo quanto a Ouster se esforçam para criar lidares de flash de estado sólido sem ela.

Correção: Inicialmente, afirmei que os VCSELs da Sense são fabricados com silício, mas na verdade são baseados em arseneto de gálio.

Fonte: Ars Technica