Ny och kompakt bildsensor ger robotar 4D-seende

Dagens tredimensionella visionssystem som används i robotar och drönare är ofta skrymmande, dyra och har svårt att hantera snabba och oförutsägbara rörelser i den verkliga världen. För att lösa detta har forskare utvecklat en mycket avancerad 4D-bildsensor som är konsoliderad på ett enda kiselchip. Denna kompakta teknik - som beskrivs i tidskriften Nature - skapar mycket exakta digitala kartor över sin omgivning samtidigt som den spårar den exakta hastigheten hos rörliga objekt.

Till skillnad från traditionella sensorer som förlitar sig på snabba ljuspulser och kräver separata komponenter för att skicka och ta emot signaler, arbetar det nydesignade chipet med en kontinuerlig laserstråle. Laserljuset leds genom ett fysiskt rutnät av nästan 62.000 mikroskopiskt små stationära pixlar. Varje pixel i detta rutnät fungerar som både sändare och mottagare, vilket gör att den totala enheten är exceptionellt kompakt. Genom att analysera små förändringar i frekvensen hos de återkommande ljusvågorna kan systemet omedelbart beräkna både hur långt bort ett objekt befinner sig och hur snabbt det rör sig.

Forskargruppen har framgångsrikt testat sensorn i olika scenarier, bland annat för att kartlägga rum inomhus och för att omedelbart mäta hastigheten på en snurrande disk. I långdistanstester utomhus lyckades chippet fånga upp exakta detaljer, som fönster och balkonger på en byggnad som låg 65 meter bort.

Eftersom alla nödvändiga elektroniska och optiska komponenter är integrerade direkt på ett och samma chip är det kompakt och skalbart. Även om upplösningen och räckvidden fortfarande behöver förbättras, kan denna 4D-teknik en dag förbättra synförmågan hos autonoma maskiner, drönare och så småningom även hos vanliga digitalkameror och smartphones.