Lidar on a Chip mette sé stesso

I sensori commerciali saranno affidabili, piccoli e convenienti

Responsabili sono gli incidenti automobilistici per 1,3 milioni di morti ogni anno, secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità. È come perdere la città di Praga ogni anno. Il passaggio ad auto e camion a guida autonoma con vari tipi di sensori elettronici e computer sofisticati al timone potrebbe salvare innumerevoli vite. Ma mettere questa promettente tecnologia nelle mani della gente è stato difficile, nonostante i massicci investimenti nella ricerca e i considerevoli progressi tecnici.

Allora quando arriveranno davvero le auto a guida autonoma nel vialetto vicino a te? La risposta dipende in parte dal fatto che tali auto richiedano o meno un tipo di sensore chiamato lidar, abbreviazione di “rilevamento e portata della luce”. La maggior parte dei gruppi che sviluppano veicoli autonomi vedono il lidar come una parte fondamentale della suite di sensori necessaria per un funzionamento sicuro, perché consente di costruire una mappa 3D dettagliata dell'ambiente del veicolo con molta più fedeltà di quanto si possa fare con le telecamere.

Elon Musk, tuttavia, ha spinto Tesla ad adottare un controverso approccio basato esclusivamente sulle telecamere per la guida autonoma. "Gli esseri umani guidano con gli occhi e le reti neurali biologiche, quindi è logico che le telecamere e le reti neurali in silicio siano l'unico modo per ottenere una soluzione generalizzata alla guida autonoma", ha twittato Musk nel 2021. La complessità meccanica e l'alto costo della maggior parte dei sensori Lidar, che non molto tempo fa avrebbe aggiunto decine di migliaia di dollari al prezzo di ciascun veicolo, senza dubbio contribuendo a plasmare le opinioni di Musk. Già nel 2016 aveva dichiarato che “tutti i veicoli Tesla che escono dalla fabbrica hanno l’hardware necessario per un’autonomia di livello 5”, il che significa che solo le auto dotate di fotocamere e computer hanno ciò che è necessario per una guida completamente autonoma.

L'ultimo prototipo del sistema lidar di Analog Photonics mette in mostra le sue capacità in un incrocio trafficato di Boston. Fotonica analogica

Sette anni e molti incidenti dopo, Tesla non ha superato il livello di autonomia 2 e gli specialisti della sicurezza stradale stanno mettendo in dubbio il rifiuto di Musk del lidar. La necessità di sensori costosi, tuttavia, rallenterebbe l’implementazione diffusa sia dei sistemi avanzati di assistenza alla guida che della guida completamente autonoma. Ma ridurre il costo di questi sensori a un livello tale da soddisfare le case automobilistiche è rimasto un obiettivo sfuggente per i produttori di lidar, che devono anche considerare come aggiungere i propri dispositivi alle auto senza sminuire l’estetica del veicolo.

Noi e altri della nostra azienda, Analog Photonics, nata dal MIT nel 2016, speriamo di superare questa impasse. Stiamo sviluppando un piccolo lidar ad array di fasi su scala chip che promette di ridurre i costi e semplificare l’integrazione. Qui vorremmo spiegare alcune delle sfide tecniche che abbiamo incontrato e quanto siamo vicini alla commercializzazione.

Oggi più della metà delle auto nuove sono dotate di uno o più sensori radar. Questi sensori sono a stato solido, costano ai produttori meno di 100 dollari ciascuno e sono sufficientemente piccoli da poter essere posizionati in modo poco appariscente attorno al veicolo. Vengono utilizzati per una varietà di cose, tra cui la frenata automatica di emergenza e il cruise control adattivo, nonché il mantenimento della corsia e altre funzioni avanzate di assistenza alla guida.

Ma non è sempre stato così. I primi radar automobilistici erano grandi, sterzati meccanicamente, emettevano brevi impulsi di onde radio e avevano prestazioni limitate. Ma il passaggio alla scansione elettronica e alle emissioni a onda continua nei radar automobilistici ha portato miglioramenti nelle prestazioni e riduzioni dei costi, che a loro volta ne hanno inaugurato l’uso diffuso.

Lidar sta ora subendo questa stessa evoluzione. La tecnologia ha iniziato a fare notizia intorno al 2016 quando un gran numero di aziende, spinte dal successo dei sensori Lidar sui veicoli iscritti alla DARPA Grand Challenge un decennio prima, hanno iniziato a sviluppare sistemi personalizzati per veicoli autonomi. Questi sistemi tendevano ad essere assemblati da componenti standardizzati.

Questa animazione mostra come è possibile utilizzare il ritardo del segnale inviato da una serie di emettitori per indirizzare la trasmissione in direzioni diverse. Tali array di emettitori a fasi vengono spesso utilizzati per i radar, ma possono anche essere utilizzati per orientare il raggio di luce in un sistema lidar. Sandeep Sharma