自動運転車の可能性を実現できるかどうかは、 テクノロジー 障害物や他の車両をリアルタイムで迅速に感知し、反応できます。 テキサス大学オースティン校とバージニア大学のエンジニアは、遠く離れた物体から反射する微弱な信号を現在の技術よりも正確に増幅できる、この種では初めての新しい光検出デバイスを開発し、自動運転車の全体像を把握できるようにしました。道路で何が起こっているのか。
新しいデバイスは、検出プロセスに関連する不整合やノイズも排除するという点で、他の光検出器よりも感度が高くなっています。 このようなノイズは、システムが信号を見逃し、自動運転車の乗客を危険にさらす原因となる可能性があります。
「自動運転車は、物体に当たって跳ね返るレーザー信号を送信して、あなたがどれだけ離れているかを知らせます。 戻ってくる光はそれほど多くないので、検出器が入ってくる信号よりも多くのノイズを出している場合は、何も得られません。
世界中の研究者が、これらのニーズを満たすために、アバランシェフォトダイオードと呼ばれるデバイスに取り組んでいます。 しかし、この新しいデバイスを際立たせているのは、階段のような配置です。 これには、電子がロールダウンし、途中で増殖し、光を検出するためのより強い電流を生成するエネルギーの物理的ステップが含まれます。
「電子は、階段を転がる大理石のようなものです」と、1989年から2006年までコックレルスクールの元教授であったキャンベルとUTで研究を主導したコックレルスクールの電気コンピュータ工学科のセスバンク教授は述べています。オースティンの卒業生（BS、物理学、1969年）。 「大理石がステップから転がるたびに、大理石は落下して次のステップに衝突します。 私たちの場合、電子は同じことをしますが、衝突するたびに、実際に別の電子を解放するのに十分なエネルギーが放出されます。 1つの電子から始めることもできますが、各ステップで電子が落ちると、電子の数が2倍になります（4、8、XNUMX、XNUMXなど）。」
新しいピクセルサイズのデバイスは、遠くの物体から反射された光信号を検出する高解像度センサーを必要とする光検出および測距（ライダー）受信機に最適です。 Lidarは自動運転車技術の重要な部分であり、ロボット工学、監視、地形マッピングにも応用できます。
ステップを追加すると、デバイスの感度と一貫性が向上します。 また、各ステップでの電子の一貫した増倍により、暗い場所でも検出器からの電気信号の信頼性が高まります。
「乗算のランダム性が低いほど、バックグラウンドから取得できる信号は弱くなります」とBank氏は述べています。 「たとえば、自動運転車用のレーザーレーダーシステムを使用すると、より遠くまで見渡すことができます。」
このタイプのセンシング機能は何十年も前から存在していましたが、技術的な障壁がその進歩を妨げていました。 バンク氏によると、光電子増倍管は長い間、この形式のセンシングの「聖杯」を表していたが、その技術は50年以上前から存在しており、古い照明コンポーネントと真空管を使用している。 1980年代に、発明者のフェデリコカパッソは、研究者が研究してきたアバランシェフォトダイオード技術を最初に考案しました。 しかし、それを実現するためのツールとテクニックは、十分に進んでいませんでした。
この画期的な進歩の背後にある科学は、材料を成長させる新しい方法でもたらされるとバンク氏は語った。 彼らは、原子がランダムに分布した材料を成長させる代わりに、XNUMXつの元素で構成されるXNUMX成分化合物を積み重ねた層状合金を作成しました。
「これにより、電子のエネルギー地形を非常に簡単な方法で変更して、80年代初頭にカパソが想定した構造を作成できますが、残念ながら、必要なすべての特性を備えた結晶を合成する機能がありませんでした」とバンク氏は述べています。 。
このデバイスのもうXNUMXつの重要な部分は、室温で動作できることです。 今日、最も感度の高い光検出器は、ゼロより数百度低い温度に保つ必要があり、LIDARなどのアプリケーションには高価で実用的ではありません。
この研究は、米国陸軍研究所（ARO）と国防高等研究計画局（DARPA）によって資金提供されました。 研究者は、デバイスにさらに多くのステップを追加するためにプロセスを改良し続けるために、AROとDARPAを通じて資金を提供しています。 そして彼らは 半導体 技術を商業化する会社。
エンジニアはまた、マルチステップ階段デバイスを、光ファイバーなどの新しいアプリケーションを開く、近赤外光に敏感な昨年構築したアバランシェフォトダイオードと組み合わせる予定です。 コミュニケーション および熱画像。
「これにより、両方の長所が得られるはずです。階段の建築から自然に発生するノイズ増幅が少ないため、幅広い色への応答と弱い信号に対する感度が高くなります」とBank氏は述べています。