🏘️ 👯 🙎🏾 Lidars du futur: 11 000 lasers au lieu de 128 🎏 🎅🏼 👩🏼‍🤝‍👨🏿

Le principe de fonctionnement des capteurs lidar est de réfléchir la lumière des lasers des objets environnants et de créer un nuage de points en trois dimensions. Le premier lidar moderne en trois dimensions a été créé pour le DARPA Grand Challenge 2005, la principale compétition parmi les véhicules sans pilote. De nos jours, de nombreux experts continuent de considérer les lidars comme une technologie clé pour les véhicules sans pilote.

Le lidar original de 2005, créé par Velodyne, avait un réseau vertical de 64 lasers qui tournaient à 360 degrés, et chaque laser du réseau devait être soigneusement aligné avec un détecteur approprié. Cette complexité a fait grimper le prix à 75 000 $. Aujourd'hui, les lidars haut de gamme coûtent encore des dizaines de milliers de dollars.

Maintenant, des dizaines de startups essaient de créer des lidars moins chers. Beaucoup d'entre eux essaient de réduire le prix en utilisant un seul faisceau laser, qui est numérisé dans un modèle à deux coordonnées.

Cependant, d'autres sociétés de lidar évoluent dans une direction différente: elles construisent des lidars avec des milliers de lasers. Sense vend des lidars avec 11 000 lasers pour 3 000 $. Une autre société appelée Ibeo travaille sur un lidar avec plus de 10 000 lasers.

Pour plus de clarté, nous notons que le nouveau lidar Ibeo n'a pas encore été publié, et donc nous ne savons pas comment cela fonctionnera, et la performance du lidar Sense est loin de la performance du meilleur lidar Velodyne. La portée du lidar Sense est de 15 à 40 mètres, tandis que certains modèles Velodyne fonctionnent à une distance de 200 mètres.

Cependant, le PDG de Sense, Scott Burroughs, affirme que leur entreprise ne fait que commencer. Sense travaille sur un nouveau capteur d'une portée de 200 mètres, qui devrait sortir l'année prochaine. Il est prévu que ce modèle puisse rivaliser avec les leaders du marché. À son tour, Ibeo a des liens étroits avec l'industrie automobile, ce qui permet à l'entreprise de conclure des transactions importantes avec des constructeurs automobiles partenaires.

Impression par microtransfert

Sense et Ibeo utilisent tous deux un type de laser bon marché - les lasers VCSEL. Ces lasers peuvent être fabriqués en utilisant la technologie des semi-conducteurs conventionnels, ce qui vous permet de placer des milliers, voire des millions d'appareils sur une seule plaquette. Plus tôt, nous avons parlé d' une autre startup appelée Ouster, leur lidar est basé sur VCSEL.

Le lidar Sense a beaucoup plus de lasers que le lidar Ouster. Pour y parvenir, Sense utilise une technologie appelée impression par microtransfert .

Placer plusieurs milliers de VCSEL sur une seule puce n'est pas difficile. Mais lors de la fabrication d'une puce avec 11 000 lasers densément localisés, vous pourriez avoir des problèmes. De tels lasers en une telle quantité sur une petite surface peuvent générer une grande quantité de chaleur. Vous pouvez également avoir des problèmes de sécurité oculaire. Les lasers à rayonnement vertical fonctionnent à des fréquences qui peuvent endommager la rétine, et 11 000 lasers dirigés vers l'œil humain peuvent causer des blessures permanentes.

Sense a une solution intelligente à ce problème: la distribution laser. Après avoir installé des milliers de lasers à rayonnement vertical sur une plaque d'arséniure de gallium, Sense les transfère sur un nouveau substrat céramique conducteur de chaleur, réduisant la densité de l'installation laser.

À ce stade, l'impression par microtransfert entre en jeu. Cette technologie utilise un tampon en caoutchouc, au fond duquel se trouve un maillage avec des saillies en caoutchouc. Lorsqu'une des protubérances touche un laser avec un rayonnement vertical, il peut le soulever à l'aide de l'électricité statique.

Les protubérances sont disposées de sorte qu'une des n puces (en comptant à la fois horizontalement et verticalement) soit soulevée de la plaque d'origine et placée sur un nouveau substrat. Ensuite, le tampon récupère un ensemble de jetons dans les emplacements suivants pour le prochain lidar. Ainsi, une seule tranche de silicium peut former des assemblages de 11 000 lasers pour plusieurs lidars.

Sense cherche à élargir la gamme de ses lidars

Au lieu de balayer la scène séquentiellement (comme le font la plupart des lidars), les lidars Sense utilisent leurs 11000 lasers pour éclairer la scène entière en un éclair, après quoi le capteur mesure le temps nécessaire au rétro-éclairage pour se refléter dans toutes les directions.

Les lidars flash comme celui-ci, en règle générale, ont une courte portée, car l'éclairage de la scène entière conduit au fait que la lumière est perdue dans les espaces entre les pixels. Essentiellement, Sense résout ce problème par la force brute en utilisant une grande quantité de lumière pour éclairer la scène. La distribution des lasers aide à faire face à la chaleur générée et aux dommages causés aux yeux humains - problèmes qui pourraient survenir avec une telle approche.

Cependant, le PDG d'Ouster, Angus Pascala, note que l'approche Sense a un inconvénient important: une consommation d'énergie élevée. «Plus il y a d'électricité, plus il y a de capteurs» - Commentaire d'Angus pour Ars. "Plus les capteurs sont grands, plus le prix est élevé et plus la complexité de l'intégration est grande."

Malgré le fait que les produits Sense actuels consomment plus d'énergie que les lidars des principales sociétés, ils ont une gamme plus courte. De plus, les lidars d'Ouster et Velodyne tournent à 360 degrés, tandis que vous aurez besoin de plusieurs lidars Sense pour obtenir un revêtement similaire.

Burroughs prévoit de lancer un lidar d'une portée de 200 mètres en 2021. Ce lidar aura plus de 11 000 lasers, bien que le nombre exact soit encore inconnu. L'objectif principal sera d'atteindre une autonomie plus longue sans augmentation tout aussi significative de la consommation d'énergie.

Les diodes à avalanche à photon unique sont à la mode

L'une des solutions à ce problème consiste à utiliser un réseau de diodes à avalanche à photon unique (SPAD) pour détecter les faisceaux laser réfléchis dans les capteurs lidar de nouvelle génération. C'est une autre similitude avec les lidars Ouster qui utilisent SPAD. Dans une interview avec Ars Technica en 2018, Pacala a déclaré que sa stratégie à long terme consiste à utiliser des réseaux bidimensionnels de lasers à rayonnement vertical et de capteurs sur des diodes à avalanche à photon unique, ce qui créera des lidars qui fonctionnent comme des caméras - un produit que Sense prévoit d'introduire l'année prochaine.

Comme son nom l'indique, les capteurs des diodes à avalanche à photon unique sont suffisamment sensibles pour détecter un seul photon. Comme les lasers à rayonnement vertical, ils peuvent être fabriqués en utilisant la technologie classique du silicium, ce qui leur permet d'être bon marché en termes de mise à l'échelle. La plus grande sensibilité de ces capteurs peut aider Sense à atteindre une plus grande portée pour la quantité de lumière laser disponible.

Fait intéressant, Ibeo prévoit également d'utiliser des diodes à avalanche à photon unique dans leurs lidars de prochaine génération.

Ibeo n'est pas une startup. Certains de leurs lidars ont participé au DARPA Grand Challenge 2005, bien que la participation de la société ait été négligée car leurs lidars n'avaient que 4 lignes de balayage, tandis que les lidars de Velodyne en avaient 64. Ibeo a fait un grand coup il y a plusieurs années quand ils ont reçu Le contrat de lidar d'Audi est la première fois que des lidars sont installés dans des voitures de série. L'actionnaire minoritaire d'Ibeo est ZF Friedrichshafen, ce qui les aide à conclure encore plus de contrats pour la fourniture de capteurs pour les automobiles.

Dans une interview accordée jeudi, le directeur de l'exploitation d'Ibeo, Mario Bramm, a déclaré à Ars que le lidar de nouvelle génération d'Ibeo devrait sortir plus tard cette année et qu'il disposera de réseaux de lasers à rayonnement vertical et de diodes à avalanche à photon unique de dimension 128 par 80. Ibeo s'efforce de concevoir un modèle modulaire. ce qui permettra à l'entreprise d'utiliser diverses optiques pour créer une gamme de modèles avec différentes capacités - des lidars à longue portée avec un petit angle de vision aux lidars à grand angle avec une gamme plus courte. Ibeo souhaite que ces lidars soient suffisamment bon marché pour être vendus à des entreprises automobiles pour une production de masse à partir de la fin de 2022 ou du début de 2023.

La question évidente est de savoir comment Ibeo résoudra les problèmes de température et de sécurité oculaire que Sense résout en utilisant l'impression par microtransfert. Une solution consiste à utiliser des diodes à avalanche à photon unique très sensibles, afin que Ibeo puisse réduire suffisamment la puissance de sortie de leurs lasers pour éviter les problèmes d'alimentation et les dangers pour les yeux humains. Une autre solution consiste à utiliser une connexion directe entre chaque laser et le capteur, ce qui réduira le nombre de photons «perdus». Au cours de notre conversation, Bramm a déclaré que la faible puissance est une priorité pour les clients représentant le marché automobile.

D'un autre côté, il peut s'avérer que cette approche est difficile à mettre en œuvre sans la technologie d'impression par microtransfert utilisée par Sense, tandis qu'Ibeo et Ouster tenteront de créer des lidars à l'état solide sans elle.

Correction: J'ai d'abord déclaré que les lasers à rayonnement vertical utilisés par Sense sont en silicium - en fait, ils sont à base d'arséniure de gallium.

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