Une nouvelle puce LiDAR à semi-conducteurs pourrait enfin faire du balayage en profondeur à haute résolution une réalité pour les petits appareils. Mais en quoi cela diffère-t-il des systèmes actuels et peut-il vraiment offrir les avantages que nous attendons?

Lorsque le premier laser a été tiré par l’équipe de Theodore Maiman au laboratoire Hughes Aircraft à Malibu le 16 mai 1960, il a créé une opportunité fantastique pour une fête sur la plage ce soir-là. C’était aussi plus ou moins la solution prototypique à la recherche d’un problème, bien que des problèmes éligibles aient été rapidement fournis. L’un était la télémétrie et la cartographie 3D, ce qui est crucial dans le monde moderne à la fois dans le contexte des voitures autonomes (qui sont susceptibles d’être une énorme aubaine pour la société) et des applications de réalité virtuelle dans lesquelles nous prétendons être un super-soldat futuriste (ce qui financera réellement le travail).

Que nous conduisions une voiture électrique ou que nous scannions un biscuit aux raisins secs et à l’avoine pour un Démo physique de Blender, la numérisation de l’environnement est une technologie à la fois en demande et mûre pour l’amélioration. Le système de capteur 3D de la Xbox Kinect d’origine n’est qu’une caméra 640 par 480, et avec une résolution effective encore plus faible. Projeter un champ de points dans le monde et détecter à quel point ils semblent s’être déplacés latéralement d’un point de vue adjacent vous donne une idée de la distance à la surface sur laquelle ils sont projetés. Les différences sont petites, cependant, donc c’est bruyant.

Bien que, là encore, la plupart des autres approches le soient également. Les mesures du temps de vol fonctionnent, comme leur nom l’indique, en détectant le temps nécessaire à la lumière pour passer du capteur à la cible et revenir. Les photons vont vite, donc pour la plupart des distances, c’est un très petite fenêtre de temps, et lidar flash peut être bruyant en conséquence.

Un laser gigantesque

Une meilleure approche consiste à prendre un télémètre laser et à cercler un ensemble miroir rotatif à l’avant, de sorte qu’il puisse être utilisé pour prendre des millions de mesures d’un environnement. C’est ainsi que la numérisation de scènes pour le travail cinématographique et télévisuel est souvent effectuée. Les limites de la vitesse à laquelle il peut effectuer des mesures répétées signifient que le balayage d’un grand environnement avec une résolution raisonnable est lent et nécessite généralement des assemblages optiques rotatifs volumineux, lourds, délicats, gourmands en énergie et coûteux.

Rendre cela pertinent pour les téléphones portables – toujours un bon moyen d’obtenir quelque chose de financé en 2022 – nécessite une approche beaucoup plus solide. Le scan 3D sur les téléphones qui existe actuellement dépend souvent de l’analyse de l’image de la caméra et a du mal à créer des résultats suffisamment bons pour être vendus Turbosquide. Personne ne va attacher un scanner lidar rotatif à un téléphone plus qu’ils ne vont traîner au même endroit comme un support humain pendant plusieurs dizaines de minutes pendant que la chose fait son travail.

Ainsi, la demande pour un scanner de profondeur pouvant être déployé comme tout autre capteur de caméra a été intense. Les nerds radar, si un tel type de personnalité existe, crieront déjà réseau phasé à l’écran, et c’est certainement une option. Bien que cela ressemble au genre de trekkobabble inventé par un scénariste de science-fiction de la fin des années 90, l’idée est simple: prenez une rangée d’antennes radio et envoyez un signal à toutes en même temps, le signal sortira plus ou moins à 90 degrés par rapport au tableau. Retardez légèrement le signal à chacun, cependant, nous pouvons commencer à modifier la direction dans laquelle le signal radio se déplace. C’est pourquoi les célèbres premières installations radar construites au Royaume-Uni avaient trois tours.

Les tableaux de phases sont contre-intuitifs, décrits par des aspects de la physique quantique qui vont si profondément que les poissons ont tous des lumières sur le nez. Ils sont cependant largement déployés, en particulier dans les radars pour les avions de chasse (qui aiment pouvoir voir derrière eux) et même dans les camions de collecte de nouvelles par satellite. Parce que les réseaux phasés ont tendance à être plats, cela signifie que le camion satellite ne ressemble même plus à un camion satellite.

Puisque la lumière est juste vraiment ondes radio à haute fréquence, il n’est pas surprenant que les réseaux phasés fonctionnent également pour les lasers. Malheureusement, ces fréquences, exprimées en centaines de térahertz par rapport au mégahertz de la plupart des radios, rendent les choses difficiles si nous voulons beaucoup de couverture angulaire, une haute précision et un faible bruit pour un balayage rapide.

La nouvelle méthode, MEMS

Une solution se pose dans systèmes micro électromécaniques, MEMS, les appareils qui permettent de mettre un gyroscope dans votre téléphone. Que les MEMS soient ou non des dispositifs à semi-conducteurs est une question d’opinion, mais nous avons des systèmes capables de diriger les faisceaux de lumière pendant un certain temps sous la forme de puces de projecteur DLP à micromiroir mobile de Texas Instruments. Le concept de photonique du silicium est de plus en plus appliqué à ce genre de chose, ainsi qu’à l’informatique à usage plus général, comme l’estimable M. Wyndham l’a récemment noté.

Nous nous détournons maintenant des chemins de traverse du capitalisme à risque de la silicon valley et des choses qu’il finance. Pourtant, depuis au moins 2015, une entreprise, Quanergy, discute du lidar MEMS dans le contexte des voitures autonomes, et pas seulement du balayage en un point, mais des capteurs de zone. La société a fait sa première annonce au CES, cependant, et bien qu’il soit possible que les voitures soient un aspect du divertissement des consommateurs, il est tout aussi possible que Quanergy soit tout aussi intéressé par l’énorme marché associé à la transformation du mugshot des médias sociaux en un modèle 3D.

Alors, peut-être serons-nous tous bientôt en mesure de faire un scan 3D haute résolution de notre beignet en milieu de matinée et de l’envoyer à un ami qui suit un régime aux côtés d’un emoji moqueur. Comme pour toute technologie de télémétrie reposant sur l’envoi de lumière, ces nouvelles conceptions fonctionneront probablement de moins en moins bien à mesure que la portée augmentera, ce qui est exactement le contraire du comportement idéal pour quelque chose qui pourrait aider l’extracteur de mise au point moyen. Pourtant, l’idée de pouvoir fabriquer un capteur de profondeur qui ressemble fondamentalement au capteur d’imagerie d’une caméra conventionnelle semble géniale.

Toute personne intéressée par une plongée plus profonde à ce sujet devrait regarder le document « Miroirs MEMS pour LiDAR: Une critique » par Wang et. Al. au département de génie électrique et informatique de l’Université de Floride. C’est une lecture assez facile pour un article académique, et entre dans des détails fascinants sur de nombreuses options qui existent actuellement.