In der Vergangenheit hatten autonome Fahrzeuge, die sich auf lichtbasierte Bildsensoren stützten, Schwierigkeiten bei der Navigation bei blendenden Bedingungen wie Nebel.
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Neue MIT-Forschung vom MIT hat ein Sub-Terahertz-Strahlungsempfangssystem entwickelt, das fahrerlosen Autos helfen könnte, zu „sehen“, wenn andere Systeme ausfallen.
Das Vision-System verwendet Sub-Terahertz-Wellenlängen, die im elektromagnetischen Spektrum zwischen Mikrowellen- und Infrarotstrahlung liegen.
Diese Wellenlängen können leicht durch Nebel und dicke Wolken erkannt werden. Infrarotbasierte LiDAR-Bildgebungssysteme, die typischerweise in autonomen Fahrzeugen verwendet werden, haben Probleme, wenn die Sicht schlecht ist.
Neue Forschungsergebnisse in kleinerem und leistungsfähigerem System
Das neue System sendet ein Anfangssignal über einen Sender; ein Empfänger im System misst dann die Absorption und Reflexion der zurückprallenden Sub-Terahertz-Wellenlängen.
Ein Prozessor erstellt dann ein Bild des Objekts vor ihm. Bisher war es schwierig, Sub-Terahertz-Sensoren in fahrerlose Autos zu implementieren.
Ein wirklich starkes Basisband-Ausgangssignal vom Empfänger zum Prozessor ist erforderlich, damit das System funktioniert, und herkömmliche Systeme, die in der Lage waren, in autonomen Fahrzeugen implementiert zu werden, waren groß und teuer, während kleinere On-Chip-Sensoren zu schwach waren.
Die Arbeit von MIT hat zu einem zweidimensionalen Sub-Terahertz-Empfangsarray auf einem Chip geführt, der viel empfindlicher ist als alles zuvor Erreichte.
Es kann Sub-Terahertz-Wellenlängen in Gegenwart von viel Signalrauschen leicht erfassen und interpretieren. Um ihren Durchbruch zu erzielen, verwendeten die Forscher ein Schema unabhängiger Signalmischungspixel – sogenannte „Heterodyne-Detektoren“ – eine Methode, die normalerweise schwer zu erreichen istin Chips integrieren.
'Elektrische Augen' geben Autos und Robotern eine bessere Sicht
Die heterodynen Detektoren wurden in einem winzigen Maßstab hergestellt, damit sie auf einen Chip passen. Der Prototyp des Projekts hat ein 32-Pixel-Array, das auf einem 1,2 Quadratmillimeter großen Gerät integriert ist.
Die Pixel sind etwa 4.300-mal empfindlicher als die Pixel in den besten On-Chip-Sub-Terahertz-Array-Sensoren von heute. Eine Weiterentwicklung des Chips könnte ihn für die Integration in fahrerlose Autos und autonome Roboter nützlich machen.
"Eine große Motivation für diese Arbeit sind bessere 'elektrische Augen' für autonome Fahrzeuge und Drohnen," sagt Co-Autor Ruonan Han, außerordentlicher Professor für Elektrotechnik und Informatik und Direktor der Terahertz Integrated Electronics Group in den MIT Microsystems Technology Laboratories MTL.
"Unsere kostengünstigen On-Chip-Sub-Terahertz-Sensoren werden eine ergänzende Rolle spielen zu LiDAR für raue Umgebungen."
Die Forschung überdenkt den Ansatz zur Entwicklung dieser Art von Technologie radikal. Die Entwickler hoffen, ihre Forschung fortzusetzen und die Leistungsfähigkeit des Sensors weiter zu verbessern. Präzises Sehen bei allen Wetter- und Sichtbedingungen ist für zukünftige vollautonome Fahrzeuge und Roboter unerlässlich.
Die Senkung der Kosten und die Erhöhung der Genauigkeit sind für die breite Implementierung des Sub-Terahertz-Strahlungssystems unerlässlich.
Das vollständige Papier kann online in der Ausgabe vom 9. Februar des IEEE Journal of Solid-State Circuits gelesen werden.