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  • Los investigadores diseñan una nueva dirección de rayo láser ultrarrápida para automóviles autónomos que es menos compleja, usa menos energía

    Investigadores de la Universidad de Purdue y la Universidad de Stanford han descubierto una nueva tecnología de detección de luz láser que es órdenes de magnitud más sensible y más rápida que los dispositivos de sensores de vanguardia. La tecnología utiliza un concepto novedoso de técnica de matriz de frecuencia óptica que es más robusta. Crédito:Imagen de la Fundación de Investigación Purdue

    Investigadores de la Universidad Purdue y la Universidad de Stanford creen que han encontrado una nueva tecnología de detección de luz láser que es más robusta y menos costosa que la disponible actualmente con una amplia gama de usos. incluyendo una forma de guiar vehículos totalmente autónomos.

    Los investigadores dicen que su innovación es órdenes de magnitud más rápida que los dispositivos convencionales de dirección de rayo láser de vanguardia que utilizan tecnología de antenas en fase. La dirección del rayo láser que están probando y utilizando Purdue y Stanford se basa en la interacción luz-materia entre una metasuperficie basada en silicio y pulsos de luz cortos producidos, por ejemplo, por un láser de modo bloqueado con un espectro de peine de frecuencia. Un dispositivo de dirección de haz de este tipo puede escanear un gran ángulo de visión en nanosegundos o picosegundos en comparación con los microsegundos que toma la tecnología actual.

    "Esta tecnología es mucho menos compleja y utiliza menos energía que las tecnologías existentes, "dijo Amr Shaltout, un investigador postdoctoral en Ciencia e Ingeniería de Materiales en Stanford que concibió la idea del método.

    "La tecnología fusiona dos campos diferentes de metasuperficies nanofotónicas y óptica ultrarrápida".

    La dirección del rayo láser es una tecnología vital que se puede utilizar en una amplia variedad de áreas, incluida la navegación, vuelos espaciales, aplicaciones de radar, imagen escáneres de etiquetas, robótica, arqueología, cartografía y física atmosférica. El escaneo láser más rápido está directamente relacionado con velocidades de cuadro más altas, así como con una resolución de imagen mejorada.

    A Shaltout se le ocurrió el concepto mientras obtenía su doctorado. del grupo de investigación Vladimir Shalaev en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de Purdue y lo delineó en Stanford cuando trabajaba con el grupo de investigación de Mark Brongersma.

    "La idea propuesta por Amr es tan poderosa que nos sorprendió sinceramente que nadie lo hiciera antes porque es tan simple, tan eficiente mucho más fácil de lo que la gente usaba hasta ahora y funciona mucho más rápido, "dijo Shalaev, el Profesor Distinguido Bob y Anne Burnett de Ingeniería Eléctrica e Informática en Purdue. Este es un maravilloso ejemplo de fructífera colaboración entre Purdue y Stanford ".

    Los investigadores dicen que su innovación es una tecnología compatible con chips que no requiere fuentes adicionales de energía. Se basa en la interacción luz-materia entre metasuperficies y pulsos cortos de láseres de modo bloqueado con líneas de frecuencia de bloqueo de fase igualmente espaciadas. Otro elemento clave es el uso de una metasuperficie basada en una película de silicio estampada.

    Una nueva tecnología de detección de luz láser utilizaría una metasuperficie óptica y un pulso ultrarrápido de entrada con un espectro que consta de un peine de frecuencia, o líneas de frecuencia enganchadas en fase igualmente espaciadas. La metasuperficie enfoca estos componentes de frecuencia a una serie de ubicaciones adyacentes en el espacio. Estas ubicaciones enfocadas de diferentes frecuencias operan como la fuente de frecuencia requerida, que dirige el rayo láser generado (flecha roja) a una velocidad más rápida. Crédito:Universidad Purdue

    "Esa es la base de todos los circuitos electrónicos a nanoescala para brindar esta emocionante funcionalidad que permite que se produzca la dirección del haz, "dijo Brongersma, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Stanford.

    Los coches autónomos dependen de la detección y el alcance de la luz, o lidar, que es similar al radar, solo que en su lugar emite luz infrarroja o visible que mide cuánto tiempo tardan los pulsos en reflejarse en los objetos y tomar sus imágenes. Reemplazaría el dispositivo giratorio que se ve con frecuencia en los techos de los automóviles autónomos. Pero esa tecnología existente sigue siendo cara a medida que las empresas buscan formas de transformar la floreciente industria de los automóviles autónomos.

    Shaltout dijo que el uso de metasuperficies fotónicas fue clave para el nuevo avance. Dijo que las metasuperficies proporcionan Soluciones compactas y energéticamente eficientes para el diseño fotónico. La combinación de esas dos tecnologías proporciona un enfoque mucho más simple.

    En la tecnología óptica de matriz en fase actual, cada antena necesita ser controlada en lo que irradia individualmente. Bajo el sistema de Shaltout, cada una de las estructuras emite frecuencias ligeramente diferentes, lo que significa que no es necesario abordar cada antena individual de forma continua y consumir energía durante ese proceso.

    Shaltout dijo que una solución interdisciplinaria era el factor clave.

    "A veces, trabajar fuera de nuestro campo nos ayuda a ver, para encontrar soluciones a problemas en diferentes campos y simplemente vincularlos, " él dijo.

    El desafío para los investigadores ahora es ampliar la innovación y trasladarla del laboratorio al mundo real. Están buscando inversores, socios o posiblemente acuerdos de licencia mientras trabajan para avanzar en la ampliación de la tecnología. Los primeros desarrollos podrían estar en áreas como dispositivos de escaneo en tiendas, aeropuertos o en muchas otras áreas antes de pasar a automóviles autónomos y fabricantes de equipos originales de automóviles.

    "Esta parece ser una solución disruptiva que podría marcar una gran diferencia en este enorme industria emergente, "Dijo Shalaev.


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