빠르게 움직이는 물체를 효과적으로 스캔할 수 있도록 도와주는 FMCW 라이다 기술

실리콘 칩에서 빛을 기계적으로 제어하고 변조하여 라이다 기능을 개선할 수 있다

 

출처 : WoogieWorks graphic/Alex Mehler

 

 

(2020.07.15.) 자율주행차는 라이다를 이용해 물체를 감지하는 데 한계가 있어 갑자기 시야에 들어오는 물체의 차이를 인식하는데 어려움을 겪는다. 자율주행차 업계는 이 문제를 해결하기 위해 '주파수 변조 연속파(FMCW)' 라이다를 연구하고 있다. 연구자들은 라이다가 실리콘 칩에서 빛을 기계적 제어하고 빛의 변조를 통해 빠르게 움직이는 물체의 고해상도 탐지를 달성할 수 있는 방법을 개발했다. 국제학술지 Nature에 게재된 이 내용은 스위스 로잔에 위치한 로잔 연방 공과 대학교의 광전자 및 양자 측정 연구소와 퍼듀 대학 OxideMEMS 연구소에서 FMCW 라이다 연구를 맡고 있다.

 

FMCW 라이다는 자율주행차 상단에서 레이저 광선을 스캔해 물체를 탐지한다. 하나의 레이저 빔이 마이크로콤(Microcomb)이라고 불리는 다른 파장의 빗살로 갈라져 영역을 스캔한다. 빛이 물체에서 튕겨 나와 광학 아이솔레이터나 순환기를 통해 검출기로 이동하며 모든 반사된 빛이 검출기 배열에 도착하도록 한다.

 

로잔 연방 공과 대학교와 퍼듀 대학 연구원들이 개발한 기술은 음파를 사용해 이러한 구성요소를 빠르게 조율할 수 있으며 이는 인근 물체를 고해상도 FMCW 라이다로 탐지할 수 있다.

 

이 기술은 질화알루미늄으로 만든 초소형 정밀기계기술(Micro-Electro Mechanical Systems) 변환기를 통합해 메가헤르츠에서 기가헤르츠에 이르는 높은 주파수에서 마이크로콤을 변조한다. 연구원들이 개발한 광학 아이솔레이터는 Nature Communications 섹션에 자세히 설명되어 있다.

 

핸드폰에서 셀룰러 대역을 식별하기 위해 사용되는 단계별 MEMS 변환기는 실리콘 칩에 강력한 충격파를 발사해 기가헤르츠 주파수를 흔들리게 하며 흔들려 움직일 때 빛이 한 방향으로만 이동할 수 있도록 조절한다. 대량 음향 파장은 수직으로 촘촘하게 고정되어서 크로스토크를 방지하고 엑츄에이터에 가까이 배치할 수 있다.

 

동일한 기술의 다른 변환기는 마이크로초(100만분의 1초) 미만의 컨트롤과 레이저 펄스 마이크로콤 또는 솔리톤 조절을 보여주면서 실리콘 칩을 메가헤르츠 주파수에서 흔들어서 음파를 자극한다.

 

통합형 광전자, MEMS 엔지니어링과 비선형 광학 등을 결합한 다학제적 성과는 새롭게 부상하는 칩 기반의 마이크로콤 기술을 보여주고 있다. 이 빛 변조 기술은 기계와 광학 기술을 통합할 뿐만 아니라 관련된 제작 과정도 통합하여 이 기술이 보다 상업적으로 실용화되도록 한다. MEMS 변환기는 실리콘 질화물 광전자 웨이퍼 위에서 최소한의 처리로 간단하게 제작된다.

 

하이브리드 시스템이 개별 구성 요소에서 달성한 것보다 더 많은 장점과 기능을 얻을 수 있다는 것은 여러 번 입증되었다. 연구원들에 따르면, 이 새로운 기술은 우주, 데이터 센터, 휴대용 원자 시계와 같은 전력에 중요한 시스템이나 극저온과 같은 극한 환경에서의 마이크로콤 응용 시킬수도 있을 것으로 보고 있다.

 

 

 

[출처]

https://bioengineer.org/tech-to-help-autonomous-vehicles-better-scan-for-nearby-fast-moving-objects/

Tech to help autonomous vehicles better scan for nearby fast-moving objects

 

Edited by Lucy