Casi todos los autos que conducen por sí mismos en la carretera, por no mencionar muchos robots y drones, utilizan el lidar para detectar su entorno. Pero útil como es el lidar, también implica compromisos físicos que limitan sus capacidades. Lumotive es una nueva compañía con fondos de Bill Gates e Intellectual Ventures que utiliza metamateriales para superar esos límites, quizás estableciendo un nuevo estándar para la industria.
La compañía acaba de salir del sigilo, pero ha estado trabajando durante mucho tiempo. De hecho, me reuní con ellos en 2017, cuando el proyecto era muy secreto y operaba con un nombre diferente en la incubadora de inicio de IV. Si los términos “metamateriales” y “empresas intelectuales” haga cosquillas a algo en su cerebro, es porque la compañía ha generado varias empresas nuevas que utilizan la propiedad intelectual desarrollada allí, basándose en el trabajo del científico de materiales David Smith.
Los metamateriales son esencialmente superficies especialmente diseñadas con estructuras microscópicas, en este caso, antenas sintonizables, integradas en ellas, que funcionan como un solo dispositivo.
Echodyne es otra compañía que utilizó metamateriales con gran efecto, reduciendo los arreglos de radar al tamaño de bolsillo al diseñar un transceptor de radar que es esencialmente 2D y puede tener su haz dirigido electrónicamente en lugar de mecánicamente.
El principio funciona para casi cualquier longitud de onda de la radiación electromagnética, es decir, se podrían usar rayos X en lugar de ondas de radio, pero hasta ahora nadie lo ha hecho funcionar con luz visible. Ese es el avance de Lumotive, y la razón por la que funciona tan bien.
Flash, 2D, y LID 1D
Básicamente, Lidar funciona haciendo rebotar la luz del ambiente y midiendo cómo y cuándo regresa; Esto puede ser realizado de varias maneras.
Flash lidar básicamente envía un pulso que ilumina toda la escena con luz infrarroja cercana (905 nanómetros, lo más probable) a la vez. Esto proporciona una medición rápida de toda la escena, pero la distancia limitada, ya que la potencia de la luz que se emite es limitada.
LIDAR de escaneo 2D o raster toma un láser NIR y lo reproduce sobre la escena increíblemente rápido, de izquierda a derecha, un poco hacia abajo, luego vuelve a hacerlo, una y otra vez … puntuaciones o cientos de veces. Enfocar la energía en un haz le da a estos sistemas un excelente rango, pero similar a un televisor CRT con un haz de electrones que rastrea la imagen, toma bastante tiempo completar la escena completa. El tiempo de respuesta es naturalmente de gran importancia en situaciones de conducción.
LID 1D o escaneo de linea logra un equilibrio entre los dos, utilizando una línea vertical de luz láser que solo tiene que ir de un lado a otro para completar la escena. Esto sacrifica cierto rango y resolución, pero mejora significativamente la capacidad de respuesta.
Lumotive ofreció el siguiente diagrama, que ayuda a visualizar los sistemas, aunque obviamente “idoneidad” y “demasiado corto” y “demasiado lento” son algo subjetivos:
El principal problema con los dos últimos es que dependen de una plataforma mecánica para mover realmente el emisor láser o el espejo de un lugar a otro. Funciona bien en su mayor parte, pero hay limitaciones inherentes. Por ejemplo, es difícil detener, ralentizar o invertir un rayo que se mueve por un mecanismo de alta velocidad. Si su sistema lidar 2D barre sobre algo que podría merecer una inspección más profunda, tiene que pasar por el resto de sus movimientos antes de volver a él … una y otra vez.
Esta es la principal ventaja que ofrece un sistema de metamaterial sobre los existentes: dirección de haz electrónico. En el caso de Echodyne, el radar podría desplazarse rápidamente en todo su rango como de costumbre, y al detectar un objeto podría cambiar inmediatamente y enfocar el 90 por ciento de sus ciclos rastreando en una resolución espacial y temporal más alta. Lo mismo ahora es posible con lidar.
Imagina un ciervo saltando alrededor de una curva ciega. Cada milisegundo cuenta porque cuanto antes un sistema de conducción automática conoce la situación, más opciones tiene para adaptarse. En igualdad de condiciones, un sistema lidar de dirección electrónica detectaría al ciervo al mismo tiempo que a los de dirección mecánica, o tal vez un poco antes; Al darse cuenta de este movimiento, no podría dedicar más tiempo a evaluarlo en el próximo “pase”, sino que un microsegundo más tarde podría retroceder en el rayo y apuntar específicamente al venado con la mayoría de su resolución.
Sólo para ilustración. El rayo no es una gran cosa roja que sale.
La iluminación dirigida también mejoraría la estimación de la dirección y la velocidad, mejorando aún más el conocimiento y las opciones del sistema de conducción, mientras que el rayo aún puede dedicar una parte de sus ciclos a observar la carretera, sin necesidad de complicados mecanismos mecánicos para hacerlo. Mientras tanto tiene una apertura enorme, permitiendo una alta sensibilidad.
En términos de especificaciones, depende de muchas cosas, pero si el haz está barriendo normalmente en su campo de visión de 120 × 25 grados, la unidad estándar tendrá una velocidad de cuadros de aproximadamente 20Hz, con una resolución de 1000 × 256. Eso es comparable a los competidores, pero tenga en cuenta que la ventaja está en la capacidad de cambiar ese campo de visión y la velocidad de fotogramas sobre la marcha. En el ejemplo del venado, puede mantener una actualización de 20Hz para la escena en general, pero concentrar más tiempo de haz en un área de 5 × 5 grados, lo que le otorga una velocidad mucho más rápida.
Meta no significa mega-caro
Naturalmente, uno supondría que tal sistema sería considerablemente más costoso que los existentes. Los precios siguen siendo una salida, Lumotive solo quería demostrar que su tecnología existe por ahora, pero esto está lejos de ser tecnología exótica.
El equipo me dijo en una entrevista que su proceso de ingeniería era complicado específicamente porque lo diseñaron para la fabricación utilizando métodos existentes. Está basado en silicona, lo que significa que puede usar láseres de 905 nm baratos y ubicuos en lugar de los 1550 nm más raros, y su fabricación no es mucho más compleja que hacer un panel de visualización normal.
El CTO y el co-fundador Gleb Akselrod explicaron: “Esencialmente es un chip semiconductor reflectante, y en la superficie fabricamos estas diminutas antenas para manipular la luz. Está hecho usando un proceso semiconductor estándar, luego agregamos cristal líquido y luego el recubrimiento. Es muy parecido a un LCD “.
Una ventaja adicional de la base metamaterial es que funciona de la misma manera independientemente del tamaño o la forma del chip. Si bien un chip rectangular de una pulgada de ancho es el mejor para propósitos automotrices, dijo Akselrod, podrían hacer que un cuarto sea del tamaño de los robots que no necesitan un campo de visión más amplio, o uno más grande o personalizado para un Vehículo o aeronave de especialidad.
Los detalles, como dije, todavía están siendo resueltos. Lumotive ha estado trabajando en esto durante años y decidió que era hora de obtener la información básica. “Pasamos una cantidad excesiva de tiempo explicando la tecnología a los inversores”, señaló el CEO y cofundador Bill Colleran. Debe notarse que él es un veterano innovador en este campo, habiendo encabezado Impinj más recientemente, y antes de eso fue en Broadcom, pero quizás es mejor conocido por ser CEO de Innovent cuando creó el primer chip Bluetooth de CMOS.
En este momento, la compañía está buscando inversiones después de participar en una ronda de semillas de 2017 financiada por Bill Gates y IV, que (como con otras startups basadas en metamateriales que se ha expandido) otorga a Lumotive una licencia exclusiva para el técnico. Hay asociaciones y otras cosas a la vista, pero la compañía no estaba lista para hablar de ellas; El producto se encuentra actualmente en forma de prototipo pero muy visible para las inevitables reuniones con empresas automotrices y de tecnología.
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