Engenheiros e líderes empresariais têm trabalhado em carros autônomos há anos, mas há um grande obstáculo para torná-los baratos o suficiente para se tornarem comuns:eles precisavam de uma maneira de cortar o custo do lidar, a tecnologia que permite que os sistemas de navegação robótica localizem e evitem pedestres e outros perigos ao longo da estrada, refletindo as ondas de luz nesses obstáculos potenciais.

Os lidars de hoje usam peças mecânicas complexas para enviar os lasers infravermelhos do tamanho de uma lanterna girando como os antigos, lâmpadas de chiclete em cima de carros da polícia - a um custo de US $ 8, 000 a $ 30, 000

Mas agora uma equipe liderada pela engenheira elétrica Jelena Vuckovic está trabalhando para reduzir os componentes mecânicos e eletrônicos de um lidar de telhado a um único chip de silício que ela acha que poderia ser produzido em massa por apenas algumas centenas de dólares.

O projeto surge de anos de pesquisa do laboratório de Vuckovic para encontrar uma maneira prática de tirar proveito de um fato simples:muito parecido com a luz do sol que brilha através do vidro, o silício é transparente para a luz laser infravermelha usada pelo lidar (abreviação de detecção e alcance de luz).

Em um estudo publicado em Nature Photonics , os pesquisadores descrevem como estruturaram o silício de uma forma que usou sua transparência infravermelha para controlar, focar e aproveitar o poder dos fótons, as partículas peculiares que constituem os feixes de luz.

A equipe usou um processo chamado design inverso, que o laboratório de Vuckovic foi pioneiro na última década. O projeto inverso depende de um algoritmo poderoso que traça um projeto para os circuitos fotônicos reais que executam funções específicas - neste caso, disparar um feixe de laser à frente de um carro para localizar objetos na estrada e direcionar a luz refletida de volta para um detector. Com base no atraso entre o momento em que o pulso de luz é enviado para a frente e quando o feixe é refletido de volta para o detector, lidars medem a distância entre o carro e os objetos.

A equipe de Vuckovic levou dois anos para criar o layout do circuito para o protótipo lidar-on-a-chip que eles construíram nas instalações de nanofabricação de Stanford. Bolsista de pós-doutorado Ki Youl Yang e Ph.D. a aluna Jinhie Skarda desempenhou papéis fundamentais nesse processo, com insights teóricos cruciais da física Andrea Alù da City University of New York e da acadêmica de pós-doutorado da CUNY, Michele Cotrufo.

Construir esse mecanismo de localização em um chip é apenas o primeiro - embora essencial - passo para a criação de lidars baratos. Os pesquisadores agora estão trabalhando no próximo marco, garantindo que o feixe de laser pode varrer em um círculo sem o uso de peças mecânicas caras. Vuckovic estima que seu laboratório está a cerca de três anos de construir um protótipo que estaria pronto para um teste de estrada.

"Estamos em uma trajetória para construir um lidar-em-um-chip que seja barato o suficiente para ajudar a criar um mercado de massa para carros autônomos, "Vuckovic disse.