Съвременните системи за зрение за роботи и дронове разчитат на 3D сензори, които, макар и мощни, не винаги са в крак с бързото и непредсказуемо движение на реалния свят.
Тези системи често се затрудняват да измерват скоростта мигновено или са твърде обемисти и скъпи за ежедневна употреба. Сега, в статия, публикувана в списание Nature, учени съобщават как са разработили 4D сензор за изображения върху чип, който създава 3D карти на средата, като едновременно с това проследява скоростта на движещите се обекти.
Сензори на чип
Изследователите са изградили фокална равнинна решетка (FPA) - физическа решетка от 61 952 стационарни пиксела, гравирани върху един силициев чип. Всеки един от тях е малък сензор, който излъчва лазерна светлина към сцената и открива отразения сигнал.
За да „види“ чипът обкръжението си, от външен източник се подава лазерна светлина към чипа. Тази светлина се насочва през чипа чрез мрежа от оптични превключватели, които последователно я насочват към групи пиксели. Всеки пиксел след това използва техника, наречена FMCW LiDAR, за да измери върнатия сигнал, който по-късно се обработва, за да се определи разстоянието и скоростта. В много LiDAR системи един набор от пиксели изпраща светлината, а друг я приема, но тук всички пиксели едновременно изпращат и приемат, което прави системата много по-компактна.
Освен това, чипът използва непрекъснат лазерен лъч, а не кратки светлинни импулси, както работят традиционните сензори. Предимството на това е, че позволява на сензора да открива малки промени в честотата на светлинните вълни. Това позволява на чипа да изчислява разстоянието и скоростта на обекта едновременно.
Измерване на разстояние и скорост едновременно
Екипът тества своя сензор върху чип в няколко среди, за да види как може да се справи с различни разстояния и движение. Той сканира сцени и след това ги реконструира в 3D цифрови карти, съставени от хиляди точки от данни. Системата успешно картографира вътрешни помещения на разстояние от 6 до 11 метра.
За да тестват обхвата му, учените насочват чипа към сграда на 65 метра разстояние и той бил достатъчно мощен, за да заснеме детайли като прозорци и балкони. Те също така тестват иновацията си върху въртящ се диск, който измерил скоростта му мигновено.
„Това е първата демонстрация на мащабен кохерентен FPA с цялата свързана електроника, интегрирана в чипа, което води до такава структура на разходите, която е необходима за широкото му приложение“, пише съавторът Ремус Николаеску (Remus Nicolaescu).
Екипът все още има работа по чипа, като например увеличаване на разделителната способност и разширяване на обхвата му. След като излезе от лабораторията, той би могъл да прави повече от това просто да помага на роботи и дронове. Технологията би могла да подобри и цифровите камери, включително тези в нашите телефони.
Справка: Francesca Fabiana Settembrini et al, A large-scale coherent 4D imaging sensor, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10183-6
Източник: New chip lets robots see in 4D by tracking distance and speed simultaneously, Paul Arnold, Phys.org
