MEMS 芯片突破实现创纪录激光雷达分辨率，降低自动驾驶成本
基于 MEMS 开关阵列的高分辨率固态激光雷达将成本降至与廉价芯片级相机和雷达系统相当——消除激光雷达在自动驾驶汽车应用中的主要障碍。
尽管廉价芯片级相机和雷达系统已主流用于碰撞避免和高速公路自动驾驶，激光雷达导航系统仍是笨重机械装置，成本数千美元。
加州大学伯克利分校电气工程与计算机科学教授、伯克利传感器与执行器中心联合主任 Ming Wu 开发的新型高分辨率激光雷达芯片或将改变这一局面。
Wu 的激光雷达基于焦平面开关阵列（FPSA），一种半导体基微米级天线矩阵，像数码相机传感器一样收集光线。其 16384 像素分辨率与智能手机相机数百万像素相比不算高，但远超此前 FPSA 的 512 像素或更少。
该设计可利用生产计算机处理器的同款 CMOS 技术扩展至百万像素规模。这将为自动驾驶汽车、无人机、机器人和智能手机带来新一代强大低成本 3D 传感器。
机械激光雷达用激光在数百码外可视化物体，甚至在黑暗中。生成的 3D 地图分辨率足够让车辆 AI 区分车辆、自行车、行人和其他障碍物。
然而十多年来，研究者难以将这些能力集成于芯片。
“我们要照亮超大区域，”Wu 说。“但那样光会太弱无法达到足够距离。为维持光强，我们必须减小激光照射面积。”
该激光雷达由 FPSA 微型光发射器矩阵和 MEMS 开关组成，开关快速开关物理移动波导，将所有激光功率瞬时导向单一天线。
MEMS 开关是通信网络中路由光的已知技术，首次应用于激光雷达。与热光开关相比，体积小得多、功耗低得多、切换快、光损耗极低。
正是 MEMS 开关让 Wu 在 1 平方厘米芯片上集成 16384 像素。开关开启像素时发射激光束并捕获反射光。每像素相当于阵列 70 度视场内 0.6 度。快速循环阵列构建周围 3D 图像。环形安装多个可实现车辆周围 360 度视野。
Wu 需提升 FPSA 分辨率和范围才能商业化。“光学天线难以缩小，但开关仍是最大组件，我们认为能大幅缩小，”他说。
还需增加系统范围，目前仅 10 米。“我们确信能达 100 米，相信持续改进可达 300 米，”Wu 说。
若成功，传统 CMOS 生产技术将使廉价芯片级激光雷达成为未来一部分。
“看看我们如何用相机，”Wu 说。“嵌入车辆、机器人、吸尘器、监控设备、生物识别、门禁。激光雷达缩小至智能手机相机大小后，潜在应用将多得多。”
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