Камеры, радары и некоторые другие типы датчиков можно спрятать под капотом или под пластмассовыми элементами кузова автомобиля, но один из основных элементов, лазерный сканер, всегда торчит уродливой «шишкой» сверху бампера или на крыше практически любого автомобиля-робота. Такое местоположение лазерного сканера обусловлено тем, что управление лазерным лучом осуществляется механическим способом. Это также служит причиной сложности устройства и его дороговизны, из-за которых лазерные сканеры пока еще не получили широкого распространения и используются, в основном, на экспериментальных автомобилях. Но вскоре такая ситуация может измениться коренным образом, благодаря работе специалистов Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA.
Совсем недавно представители DARPA продемонстрировали новую систему класса лазерный-сканер-на-чипе, которая позволяет управлять направлением лазерного луча исключительно электронным способом. Система построена на базе известного принципа фазированной решетки, достаточно широко использующейся в радиолокационных технологиях. Фазированная решетка состоящей из множества миниатюрных излучателей, каждый из которых излучает сигналы, отличающиеся друг от друга по фазе, которые складываются и формируют один луч, направленный в заданном направлении.
Подобно решетке радара, решетка нового лазерного сканера позволяет получить синтезированный лазерный луч, направленный в любую точку, находящуюся пределах допустимого диапазона. При этом, скорость изменения направления луча чрезвычайно высока, луч может переместиться из одного крайнего положения в другое со скоростью порядка 100 тысяч раз в секунду, в 10 тысяч раз быстрее, чем это могут делать механические системы управления направлением лазерного луча.
Чип оптического сканера
Согласно традиции в области военных разработок новая система получила очень длинное название — Short-range Wide-field-of-view Extremely agile Electronically steered Photonic EmitteR, сокращенно — Sweeper. Эта система пока покрывает область пространства в пределах 51 углового градуса, тем не менее, это является наилучшим результатом среди подобных систем-на-чипе. Но, с учетом небольших габаритов и небольшой стоимости датчиков-чипов, ничто не мешает разместить на транспортном средстве столько датчиков, сколько необходимо для обеспечения ими полного охвата окружающего пространства.
Главной проблемой, которую пришлось решить разработчикам нового чипа лазерного сканера, являлось построение фазированной решетки. Ведь длина волн света несоизмеримо меньше длин самых высокочастотных радиоволн, используемых в радиолокации. «Это означает, что ячейки излучателей матричного чипа должны располагаться на расстоянии нескольких микрон друг от друга. Отклонение от заданной точки всего на 100 нанометров приводит к нарушению или к полной потере работоспособности устройства в целом» — пишут исследователи в официальном заявлении.
Однако, проблема с точностью изготовления фазированной решетки была решена при помощи фотолитографического «колдовства», технология которого была разработана исследователями из Калифорнийских университетов в Беркли и Санта-Барбаре, Массачусетского технологического института и нескольких других организаций. Принимая в расчет то, что для производства чипов лазерных сканеров не требуется никакого особенного оборудования, представители DARPA уверены, что эта технология вскоре выйдет на уровень массового производства. И это послужит причиной кардинального снижения стоимости таких чипов, которые будут использоваться не только в военной технике, но и гражданских автомобилях-роботах, в робототехнике, в беспилотниках и во множестве других областей.