Ingegneri e dirigenti d'azienda lavorano da anni su auto a guida autonoma, ma c'è un grosso ostacolo per renderli abbastanza economici da diventare all'ordine del giorno:hanno avuto bisogno di un modo per tagliare il costo del lidar, la tecnologia che consente ai sistemi di navigazione robotica di individuare ed evitare pedoni e altri pericoli lungo la carreggiata facendo rimbalzare le onde luminose su questi potenziali ostacoli.

I lidar di oggi utilizzano complesse parti meccaniche per inviare i laser a infrarossi delle dimensioni di una torcia elettrica che ruotano come i vecchi, luci di gomma da masticare in cima alle auto della polizia, al costo di $ 8, 000 a $ 30, 000.

Ma ora un team guidato dall'ingegnere elettrico Jelena Vuckovic sta lavorando per ridurre i componenti meccanici ed elettronici in un lidar sul tetto fino a un singolo chip di silicio che secondo lei potrebbe essere prodotto in serie per poche centinaia di dollari.

Il progetto nasce da anni di ricerca del laboratorio di Vuckovic per trovare un modo pratico per sfruttare un semplice fatto:proprio come la luce del sole splende attraverso il vetro, il silicio è trasparente alla luce laser infrarossa utilizzata dal lidar (abbreviazione di rilevamento e distanza della luce).

In uno studio pubblicato su Fotonica della natura , i ricercatori descrivono come hanno strutturato il silicio in un modo che ha usato la sua trasparenza a infrarossi per controllare, mettere a fuoco e sfruttare la potenza dei fotoni, le bizzarre particelle che costituiscono i fasci di luce.

Il team ha utilizzato un processo chiamato design inverso che il laboratorio di Vuckovic ha sperimentato negli ultimi dieci anni. Il design inverso si basa su un potente algoritmo che disegna un progetto per i circuiti fotonici reali che svolgono funzioni specifiche, in questo caso, sparare un raggio laser davanti a un'auto per individuare gli oggetti sulla strada e indirizzare la luce riflessa a un rilevatore. In base al ritardo tra il momento in cui l'impulso luminoso viene inviato in avanti e il momento in cui il raggio viene riflesso verso il rilevatore, I lidar misurano la distanza tra l'auto e gli oggetti.

La squadra di Vuckovic ha impiegato due anni per creare il layout del circuito per il prototipo lidar-on-a-chip che hanno costruito nella struttura di nanofabbricazione di Stanford. Lo studioso post-dottorato Ki Youl Yang e Ph.D. lo studente Jinhie Skarda ha giocato un ruolo chiave in quel processo, con approfondimenti teorici cruciali dal fisico della City University di New York Andrea Alù e dallo studioso postdottorato CUNY Michele Cotrufo.

Costruire questo meccanismo di rilevamento della distanza su un chip è solo il primo, sebbene essenziale, passo verso la creazione di lidar economici. I ricercatori stanno ora lavorando alla prossima pietra miliare, assicurando che il raggio laser possa spazzare in cerchio senza l'utilizzo di costose parti meccaniche. Vuckovic stima che il suo laboratorio sia a circa tre anni di distanza dalla costruzione di un prototipo che sarebbe pronto per un test su strada.

"Siamo sulla traiettoria di costruire un lidar-on-a-chip che sia abbastanza economico da contribuire a creare un mercato di massa per le auto a guida autonoma, "Vuckovic ha detto.