L'imager laser 3D più potente al mondo

La scansione laser aerea ha prodotto mappe e approfondimenti straordinari negli ultimi anni. Tra gli altri, ha rivelato i contorni deboli di una rete stradale di una città medievale scomparsa oscurata dalla giungla che circonda Angkor Wat in Cambogia (vedi la scansione laser rivela nuove parti di un'antica città cambogiana), un'impresa che ha richiesto 20 ore di volo in elicottero per mappare 370 chilometri quadrati a una risoluzione di un metro.

Colpo spaziale : Lo Space Shuttle Atlantis parcheggiato al Kennedy Space Center in Florida appare in un'immagine di 200 metri per 200 metri presa di notte da 13.600 piedi in soli 18 secondi da una versione precedente della tecnologia LIDAR avanzata.

Ma in un hangar sicuro presso la base aeronautica Hanscom a Bedford, nel Massachusetts, la pancia di un turboelica Bombardier è stata dotata di una tecnologia che potrebbe portare a termine il lavoro in Cambogia in circa mezz'ora. La fusoliera contiene un nuovo sistema di imaging 3D LIDAR (rilevamento della luce e raggio) che funziona con una velocità e un'alta risoluzione senza precedenti, afferma Dale Fried, sviluppatore principale del sistema presso il Lincoln Laboratory, un centro di ricerca e sviluppo finanziato dal governo federale gestito dal MIT.

I sistemi LIDAR sparano laser e rilevano i fotoni di ritorno, utilizzando i tempi di quei viaggi di ritorno per misurare la distanza e quindi creare immagini 3D. Al centro del nuovo sistema di imaging c'è un microchip che contiene la più grande serie di pixel mai vista in grado di rilevare un solo fotone a testa, più di 16.384 pixel in tutto. L'array di pixel, se abbinato a lenti ottiche, consente l'imaging di aree più ampie. Gli array di questi rivelatori a fotone singolo sono in grado di mappare vaste aree molto rapidamente, afferma Fried.

Negli odierni sistemi LIDAR aviotrasportati, i singoli rilevatori sono molto meno sensibili; e vengono mossi meccanicamente insieme al laser che emette la luce per catturare un campo visivo più ampio.

Sebbene nessuna immagine del nuovo sistema che sta prendendo forma in Hanscom sia pubblicamente disponibile, è stata testata una generazione precedente della tecnologia, costruita quattro anni fa con solo un quarto dei pixel. Il sistema è stato inviato dall'esercito americano in una missione umanitaria dopo il terremoto di Haiti del gennaio 2010; un singolo passaggio di un business jet a 10.000 piedi sopra Port-au-Prince è stato in grado di catturare istantanee di piazze di 600 metri della città con una risoluzione di 30 centimetri, mostrando l'altezza precisa delle macerie sparse nelle strade della città.

Questo sistema era già circa quattro volte più veloce e più dettagliato del sistema di Angkor Wat. Ma l'array di rivelatori ora nell'hangar Hanscom è altre 10 volte migliore e potrebbe produrre mappe molto più grandi più rapidamente, afferma Fried.

La tecnologia utilizza un semiconduttore chiamato arseniuro di indio e gallio, che opera nello spettro infrarosso a una lunghezza d'onda relativamente lunga che consente una potenza maggiore e quindi portate più lunghe per la scansione laser nell'aria.

Solo negli ultimi dieci anni o giù di lì hanno array di pixel in grado di rilevare singoli fotoni sono stati costruiti. Per la maggior parte, i sistemi di imaging risultanti sono stati confinati al lavoro governativo e militare, come la mappatura rapida di gran parte del terreno scosceso dell'Afghanistan alla risoluzione di un metro necessaria agli equipaggi degli elicotteri per trovare le zone di atterraggio.

Chip leggero : una matrice di oltre 4.096 pixel, ciascuno in grado di rilevare un singolo fotone, si trova sulla parte superiore del chip.

La tecnologia è stata concessa in licenza a due società, Princeton Lightwave di Cranbury, New Jersey, e Spectrolab , un'unità di Boeing, a Sylmar, in California, che li sta trasformando in prodotti. L'anno scorso, Princeton Lightwave è stata la prima a commercializzare la tecnologia che ha rappresentato Haiti. Il pacchetto risultante aveva le dimensioni di una scatola da scarpe, anche se a un prezzo iniziale di $ 150.000, destinato al mercato degli appaltatori della difesa.

Ma man mano che il processo di produzione dei chip migliora e i prezzi scendono, la tecnologia potrebbe trovare molte più applicazioni in campi tra cui glaciologia, agricoltura e archeologia, e forse anche trovare la sua strada nelle auto autonome del mercato di massa, afferma Mark Itzler, CEO di Princeton. Onda di luce. In questo momento, le versioni commerciali di LIDAR per autoveicoli che possono vedere più lontano di pochi metri costano fino a $ 30.000 e di solito richiedono un apparato meccanico ingombrante.

Mentre per le auto vengono presi in considerazione diversi tipi di LIDAR, l'approccio all'arseniuro di indio e gallio ha un vantaggio a lungo termine; può essere portato in sicurezza fino a livelli di potenza estremamente elevati. I sistemi attuali utilizzano il silicio, che opera all'interno delle frequenze della luce visibile. Di conseguenza, potenziarli a livelli sufficientemente alti da essere in grado di affrontare lavori importanti, come rilevare un animale a 200 metri di distanza anche su un'autostrada nebbiosa, aumenta il rischio di lesioni agli occhi. Un numero sufficiente di [fornitori di auto] vede la sicurezza degli occhi come un problema a lungo termine che sono molto interessati alla sensibilità del singolo fotone alle lunghezze d'onda in cui si ha questa operazione estremamente sicura per gli occhi, afferma Itzler.

Princeton Lightwave sta discutendo con i principali fornitori dell'industria automobilistica per costruire un primo prototipo. Itzler dice che i costi dovranno scendere precipitosamente, ma c'è un precedente: il primo ricevitore ottico [che utilizzava arseniuro di indio e gallio] per le reti di telecomunicazioni ad alta velocità costava $ 5.000 e oggi costa $ 10, osserva.

Indipendentemente dal fatto che la tecnologia arrivi o meno alle automobili, afferma Fried, l'eliminazione della necessità di alcune parti mobili e lo sviluppo di array più grandi di rilevatori di fotoni singoli rivoluzionerà in definitiva il prezzo delle immagini 3D, di un fattore 10 o più, quindi apertura di nuove applicazioni.

Nel frattempo, i nuovi progressi nelle matrici di emettitori basati su chip potrebbero rendere più facile l'emissione di luce senza parti rotanti. In un carta in Natura l'anno scorso, altri ricercatori del MIT hanno mostrato come un array 64 per 64 di antenne in silicio potrebbe prendere un singolo raggio laser e inviarlo dove l'utente voleva modificando le tensioni sul chip.

nascondere