A leitura de lasers - de leitores de código de barras no supermercado a câmeras em smartphones mais recentes - é uma parte indispensável de nossas vidas diárias, contando com lasers e detectores para precisão exata.

O reconhecimento de distância e objeto usando LiDAR - uma mala de viagem de luz e radar - está se tornando cada vez mais comum:feixes de laser refletidos registram o ambiente circundante, fornecendo dados cruciais para carros autônomos, máquinas agrícolas, e robôs de fábrica.

A tecnologia atual reflete os feixes de laser em espelhos em movimento, um método mecânico que resulta em velocidades de digitalização mais lentas e imprecisões, sem mencionar o grande tamanho físico e a complexidade dos dispositivos que abrigam um laser e espelhos.

Publicando em Nature Communications , uma equipe de pesquisa da Escola de Graduação em Engenharia da Universidade de Kyoto descreve um novo dispositivo de varredura de feixe utilizando 'cristais fotônicos', eliminando a necessidade de peças móveis.

Em vez de organizar os pontos de rede dos cristais em uma matriz ordenada, os pesquisadores descobriram que a variação das formas e posições dos pontos da rede fazia com que o feixe de laser fosse emitido em direções únicas.

"O resultado é uma rede de cristais fotônicos que se parece com uma fatia de queijo suíço, onde cada cristal é calculado para emitir o feixe em uma direção específica, "explica Susumu Noda, quem liderou a equipe.

"Ao eliminar os espelhos mecânicos, criamos um dispositivo de varredura de feixe mais rápido e confiável. "

Lasers de cristal fotônico são um tipo de 'laser semicondutor' cujos pontos de rede podem ser considerados antenas em nanoescala, que pode ser arranjado para fazer com que um feixe de laser seja emitido perpendicularmente da superfície. Mas inicialmente o feixe iria apenas em uma única direção em um plano bidimensional; a equipe precisava de mais área a ser coberta.

Organizar as posições das antenas ciclicamente resultou em uma mudança de direção bem-sucedida, mas uma diminuição na produção de energia e forma deformada tornou esta solução inviável.

"A modulação das posições das antenas fez com que a luz emitida pelas antenas adjacentes se cancelassem, "continua Noda, "levando-nos a tentar mudar os tamanhos das antenas."

"Eventualmente, descobrimos que ajustar a posição e o tamanho resultou em um cristal fotônico aparentemente aleatório, produzindo um feixe preciso sem perda de potência. Chamamos isso de 'cristal fotônico duplamente modulado'. "

Ao organizar esses cristais - cada um projetado para emitir um feixe em uma direção única - em uma matriz, a equipe conseguiu construir um compacto, comutável, scanner de feixe bidimensional sem a necessidade de peças mecânicas.

Os cientistas construíram com sucesso um scanner que pode gerar feixes em cem direções diferentes:uma resolução de 10 × 10. Isso também foi combinado com um feixe de laser divergente, resultando em um novo tipo de LiDAR com escopo aprimorado para detectar objetos.

A equipe estima que, com mais refinamentos, a resolução pode ser aumentada por um fator de 900:até uma faixa de resolução de 300 × 300.

"No início, houve um grande interesse em saber se uma estrutura aparentemente tão aleatória poderia realmente funcionar, "conclui Noda." Agora acreditamos que eventualmente seremos capazes de desenvolver um sistema LiDAR pequeno o suficiente para segurar na ponta de um dedo. "