자율주행차의 잠재력 실현이 관건 technology 장애물과 기타 차량을 실시간으로 빠르게 감지하고 반응할 수 있습니다. 오스틴 소재 텍사스 대학과 버지니아 대학의 엔지니어들은 현재 기술이 허용하는 것보다 멀리 있는 물체에서 반사되는 약한 신호를 더 정확하게 증폭할 수 있는 새로운 최초의 광 감지 장치를 개발했습니다. 길에서 무슨 일이 일어나고 있는지.
새로운 장치는 감지 프로세스와 관련된 불일치 또는 노이즈도 제거한다는 점에서 다른 광 감지기보다 더 민감합니다. 이러한 소음으로 인해 시스템이 신호를 놓치고 자율 주행 차량 승객을 위험에 빠뜨릴 수 있습니다.
“자율주행차는 물체에 반사되는 레이저 신호를 보내 당신이 얼마나 멀리 떨어져 있는지 알려줍니다. 많은 빛이 돌아오지 않으므로 탐지기가 들어오는 신호보다 더 많은 노이즈를 내보내면 아무 것도 얻을 수 없습니다.
전 세계의 연구원들은 이러한 요구를 충족하기 위해 눈사태 포토다이오드로 알려진 장치를 연구하고 있습니다. 그러나이 새로운 장치를 돋보이게 만드는 것은 계단과 같은 정렬입니다. 여기에는 전자가 굴러 내려가는 에너지의 물리적 단계가 포함되며, 그 과정에서 배가되고 이동하면서 빛 감지를 위해 더 강한 전류를 생성합니다.
1989년부터 2006년까지 Cockrell School의 전 교수이자 UT Austin 졸업생(BS, Physics, 1969)인 Campbell과 함께 연구를 이끈 Cockrell School의 전기 및 컴퓨터 공학과 교수인 Seth Bank는 "전자는 계단을 굴러 내려가는 구슬과 같습니다."라고 말했습니다. “구슬이 한 계단에서 굴러 떨어질 때마다 다음 단계로 떨어져 충돌합니다. 우리의 경우 전자는 같은 일을 하지만 각각의 충돌은 실제로 다른 전자를 자유롭게 하기에 충분한 에너지를 방출합니다. 우리는 하나의 전자로 시작할 수 있지만 각 단계에서 떨어지는 전자의 수는 1, 2, 4, 8 등 두 배가 됩니다.”
새로운 픽셀 크기의 장치는 멀리 있는 물체에서 반사되는 광학 신호를 감지하는 고해상도 센서가 필요한 LiDAR(Light Detection and Ranging) 수신기에 이상적입니다. Lidar는 자율 주행 자동차 기술의 중요한 부분이며 로봇 공학, 감시 및 지형 매핑에도 적용됩니다.
단계를 추가하면 장치의 감도와 일관성이 향상됩니다. 그리고 각 단계마다 전자가 일관되게 증식되므로 저조도 조건에서도 검출기의 전기 신호를 더욱 신뢰할 수 있습니다.
"곱셈의 무작위성이 적을수록 백그라운드에서 선택할 수 있는 신호가 약해집니다."라고 Bank는 말했습니다. "예를 들어, 자율 차량용 레이저 레이더 시스템으로 더 먼 거리를 볼 수 있습니다."
이러한 유형의 감지 기능은 수십 년 동안 존재했지만 기술적 장벽으로 인해 발전이 지연되었습니다. Photomultiplier 튜브는 오랫동안 이러한 형태의 감지의 "성배"를 대표했지만 이 기술은 50년 이상 사용되어 왔으며 구식 조명 구성 요소와 진공관을 사용한다고 Bank는 말했습니다. 1980년대에 발명가인 Federico Capasso는 연구원들이 연구해 온 애벌랜치 포토다이오드 기술을 최초로 고안했습니다. 그러나 그것을 현실로 만들기 위한 도구와 기술은 충분하지 않았습니다.
이 돌파구의 배후에 있는 과학은 재료를 재배하는 새로운 방식에서 나온다고 Bank는 말했습니다. 원자가 무작위로 분포된 물질을 성장시키는 대신, 그들은 서로 위에 쌓인 두 가지 요소로 구성된 이원 화합물로 구성된 층상 합금을 만들었습니다.
"이것이 허용하는 것은 80년대 초반에 Capasso가 구상한 구조를 생성하기 위해 매우 간단한 방법으로 전자의 에너지 환경을 변경하는 것이지만 불행히도 모든 필수 특성을 가진 결정을 합성할 수 있는 능력이 없었습니다."라고 Bank는 말했습니다.
이 장치의 또 다른 중요한 부분은 실온에서 작동할 수 있다는 것입니다. 오늘날 가장 민감한 광 검출기는 영하 수백 도의 온도에서 유지되어야 하므로 LiDAR와 같은 응용 분야에 너무 비싸고 비실용적입니다.
이 연구는 미 육군 연구실(ARO)과 국방고등연구계획국(DARPA)의 자금 지원을 받았다. 연구원들은 ARO 및 DARPA를 통해 자금을 지원받아 장치에 더 많은 단계를 추가하기 위해 프로세스를 계속 개선합니다. 그리고 그들은 함께 일하고 있습니다 반도체 기술을 상용화하는 기업입니다.
엔지니어들은 또한 광섬유와 같은 새로운 응용 분야를 여는 근적외선에 민감한 작년에 구축한 눈사태 광다이오드와 다단계 계단 장치를 결합할 계획입니다. 연락 그리고 열화상.
Bank는 “계단 아키텍처에서 자연스럽게 발생하는 낮은 노이즈 증폭으로 인해 더 넓은 범위의 색상에 대한 응답과 약한 신호에 대한 더 높은 민감도라는 두 가지 장점을 모두 얻을 수 있습니다.”라고 말했습니다.