מימוש הפוטנציאל של מכוניות בנהיגה עצמית תלוי טֶכנוֹלוֹגִיָה שיכול לחוש ולהגיב במהירות למכשולים וכלי רכב אחרים בזמן אמת. מהנדסים מאוניברסיטת טקסס באוסטין ומאוניברסיטת וירג'יניה יצרו מכשיר חדש ראשון מסוגו לזיהוי אור שיכול להגביר בצורה מדויקת יותר אותות חלשים שמקפצים מעצמים רחוקים ממה שהטכנולוגיה הנוכחית מאפשרת, מה שמעניק לכלי רכב אוטונומיים תמונה מלאה יותר של מה קורה בכביש.
המכשיר החדש רגיש יותר מגלאי אור אחרים בכך שהוא מבטל חוסר עקביות, או רעש, הקשורים לתהליך הגילוי. רעש כזה יכול לגרום למערכות להחמיץ אותות ולסכן את נוסעי הרכב האוטונומי.
"כלי רכב אוטונומיים שולחים אותות לייזר שמקפיצים עצמים כדי לומר לך כמה אתה רחוק. לא הרבה אור חוזר, אז אם הגלאי שלך מוציא יותר רעש מהאות שנכנס אתה לא מקבל כלום.
חוקרים ברחבי העולם עובדים על מכשירים, המכונים פוטודיודות מפולת, כדי לענות על צרכים אלה. אבל מה שגורם למכשיר החדש הזה להתבלט הוא היישור דמוי גרם המדרגות שלו. הוא כולל צעדים פיזיים באנרגיה שהאלקטרונים מתגלגלים כלפי מטה, מתרבים בדרך ויוצרים זרם חשמלי חזק יותר לזיהוי אור תוך כדי.
"האלקטרון הוא כמו שיש המתגלגל במדרגות מדרגות," אמר סת בנק, פרופסור במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים בבית הספר קוקרל, שהוביל את המחקר עם קמפבל, פרופסור לשעבר בבית הספר קוקרל בין השנים 1989-2006 ו- UT. בוגר אוסטין (BS, פיזיקה, 1969). "בכל פעם שהשיש מתגלגל מדרגה, הוא צונח ומתרסק לתוך הבא. במקרה שלנו, האלקטרון עושה את אותו הדבר, אך כל התנגשות משחררת מספיק אנרגיה כדי לשחרר למעשה אלקטרון אחר. אנו עשויים להתחיל באלקטרון אחד, אך נפילה מכל צעד מכפילה את מספר האלקטרונים: 1, 2, 4, 8 וכן הלאה. "
המכשיר החדש בגודל פיקסל אידיאלי עבור מקלטים לזיהוי אור וריווח (לידר), הדורשים חיישנים ברזולוציה גבוהה המזהים אותות אופטיים המשתקפים מאובייקטים מרוחקים. Lidar הוא חלק חשוב בטכנולוגיית מכוניות עם נהיגה עצמית, ויש לו גם יישומים בתחום הרובוטיקה, המעקב ומיפוי השטח.
הוספת צעדים מגבירה את הרגישות והעקביות של המכשיר. והכפל העקבי של האלקטרונים בכל צעד הופך את האותות החשמליים מהגלאי ליותר אמינים, גם בתנאי תאורה נמוכים.
"ככל שהכפל פחות אקראי, כך האותות שתוכלו לבחור מהרקע חלשים יותר," אמר בנק. "למשל, זה יכול לאפשר לך להשקיף למרחקים גדולים יותר עם מערכת מכ"ם לייזר לרכבים אוטונומיים."
יכולת חישה מסוג זה קיימת כבר עשרות שנים, אך חסמים טכנולוגיים עצרו את התקדמותה. בנק אמר כי צינורות פוטו-ריבוי מייצגים את ה"גביע הקדוש "של צורת חישה זו, אך הטכנולוגיה קיימת כבר יותר מ -50 שנה ומשתמשת ברכיבי תאורה מיושנים ובצינורות ואקום. בשנות השמונים הגה הממציא פדריקו קפסו לראשונה את טכנולוגיית הפוטודיודה המפולתית של החוקרים. אבל הכלים והטכניקות כדי להפוך אותו למציאות פשוט לא היו רחוקים מספיק.
הבנק אמר כי המדע שעומד מאחורי פריצת דרך זו הוא דרך חדשה לחומרי גידול. במקום חומרי גידול עם אטומים המופצים באופן אקראי, הם יצרו סגסוגות שכבות המורכבות מתרכובות בינאריות - אלה המורכבות משני יסודות - הנערמות זו על גבי זו.
"מה שמאפשר זה לשנות את נוף האנרגיה של האלקטרון בצורה מאוד פשוטה ליצירת המבנה שדמיין קפסו בתחילת שנות ה -80, אך למרבה הצער פשוט לא הייתה היכולת לסנתז גבישים שיש להם את כל התכונות הנדרשות", אמר בנק. .
חלק חשוב נוסף במכשיר זה הוא שהוא יכול לפעול בטמפרטורת החדר. כיום, חייבים לשמור על גלאי האור הרגישים ביותר בטמפרטורות מאות מעלות מתחת לאפס, מה שהופך אותם ליקרים מדי ולא פרקטיים ליישומים כמו לידר.
המחקר מומן על ידי משרד המחקר של צבא ארה"ב (ARO) וסוכנות פרויקטים למחקר מתקדם של ההגנה (DARPA). לחוקרים יש מימון באמצעות ARO ו- DARPA להמשיך ולשכלל את התהליך שלהם כדי להוסיף עוד צעדים למכשירים. והם עובדים עם א סמיקונדקטור החברה למסחר את הטכנולוגיה.
המהנדסים מתכננים גם להתחתן עם מכשיר המדרגות הרב-שלבי שלהם עם פוטודיודת מפולת שבנו בשנה שעברה ורגישה לאור תאורה כמעט-אינפרא אדום, הפותח יישומים חדשים כמו סיבים אופטיים. תקשורת והדמיה תרמית.
"זה אמור לתת לנו את המיטב משני העולמות: תגובה למגוון רחב יותר של צבעים ורגישות רבה יותר לאותות חלשים בגלל הגברה נמוכה יותר של רעש שמקורם בארכיטקטורת גרם המדרגות באופן טבעי", אמר בנק.