El generador de imágenes láser 3-D más potente del mundo

El escaneo láser aerotransportado ha producido mapas e información impresionantes en los últimos años. Entre otros, reveló los débiles contornos de una cuadrícula de calles de una ciudad medieval desaparecida oscurecida por la jungla que rodea Angkor Wat en Camboya (ver El escaneo láser revela nuevas partes de una antigua ciudad camboyana), una hazaña que requirió 20 horas de vuelo en helicóptero para mapear 370 kilómetros cuadrados a una resolución de un metro.

Disparo espacial : El transbordador espacial Atlantis estacionado en el Centro Espacial Kennedy en Florida aparece en una imagen de 200 metros por 200 metros tomada por la noche desde 13,600 pies en solo 18 segundos por una versión anterior de la tecnología avanzada LIDAR.

Pero en un hangar seguro en la Base de la Fuerza Aérea Hanscom en Bedford, Massachusetts, el vientre de un turbohélice Bombardier ha sido equipado con tecnología que podría llevar a cabo el trabajo de Camboya en aproximadamente media hora. El fuselaje tiene un nuevo sistema de imágenes 3-D LIDAR (detección de luz y rango) que funciona con una velocidad y alta resolución sin precedentes, dice Dale Fried, desarrollador principal del sistema en el Laboratorio Lincoln, un centro de I + D financiado con fondos federales dirigido por el MIT.

Los sistemas LIDAR disparan láseres y detectan los fotones que regresan, utilizando el tiempo de esos viajes de regreso para medir la distancia y así crear imágenes en 3-D. En el corazón del nuevo sistema de imágenes se encuentra un microchip con el conjunto de píxeles más grande de la historia que detecta solo un fotón cada uno: más de 16,384 píxeles en total. La matriz de píxeles, cuando se combina con lentes ópticos, permite obtener imágenes de áreas más amplias. Las matrices de estos detectores de fotón único pueden mapear áreas amplias muy rápidamente, dice Fried.

En los sistemas LIDAR aerotransportados de hoy, los detectores individuales son mucho menos sensibles; y se mueven mecánicamente junto con el láser que emite la luz para capturar un campo de visión más amplio.

Si bien no hay imágenes del nuevo sistema que está tomando forma en Hanscom están disponibles públicamente, se ha probado una generación anterior de la tecnología, construida hace cuatro años con solo una cuarta parte de la cantidad de píxeles. El sistema fue enviado por el ejército de los Estados Unidos en una misión humanitaria después del terremoto de Haití en enero de 2010; Una sola pasada de un avión comercial a 10,000 pies sobre Puerto Príncipe pudo capturar instantáneas de 600 metros cuadrados de la ciudad con una resolución de 30 centímetros, mostrando la altura precisa de los escombros esparcidos en las calles de la ciudad.

Este sistema ya era aproximadamente cuatro veces más rápido y más detallado que el sistema de Angkor Wat. Pero la matriz de detectores ahora en el hangar de Hanscom es 10 veces mejor y podría producir mapas mucho más grandes más rápidamente, dice Fried.

La tecnología utiliza un semiconductor llamado arseniuro de galio indio, que opera en el espectro infrarrojo a una longitud de onda relativamente larga que permite una mayor potencia y, por lo tanto, rangos más largos para el escaneo láser en el aire.

Solo en la última década más o menos matrices de píxeles que pueden detectar fotones individuales. En su mayor parte, los sistemas de imágenes resultantes se han limitado al trabajo gubernamental y militar, como mapear rápidamente gran parte del terreno escarpado de Afganistán a la resolución de un metro necesaria para que las tripulaciones de helicópteros encuentren zonas de aterrizaje.

Chip de luz : Una matriz de más de 4096 píxeles, cada uno capaz de detectar un solo fotón, se encuentra en la parte superior del chip.

La tecnología se ha licenciado a dos empresas, Princeton Lightwave de Cranbury, Nueva Jersey, y Spectrolab , una unidad de Boeing, en Sylmar, California, que los están diseñando para convertirlos en productos. El año pasado, Princeton Lightwave se convirtió en el primero en comercializar la tecnología que representa a Haití. El paquete resultante era del tamaño de una caja de zapatos, aunque a un elevado precio inicial de 150.000 dólares, destinado al mercado de contratistas de defensa.

Pero a medida que mejora el proceso de fabricación de chips y bajan los precios, la tecnología podría encontrar muchas más aplicaciones en campos como la glaciología, la agricultura y la arqueología, y tal vez incluso encontrar su camino hacia los autos autónomos para el mercado masivo, dice Mark Itzler, CEO de Princeton. Onda de luz. En este momento, las versiones comerciales de LIDAR para automóviles que pueden ver más allá de unos pocos metros cuestan más de $ 30,000 y generalmente requieren un aparato mecánico voluminoso.

Si bien se están considerando varios tipos diferentes de LIDAR para automóviles, el enfoque del arseniuro de galio y indio tiene una ventaja a largo plazo; se puede aumentar de forma segura hasta niveles de potencia extremadamente altos. Los sistemas actuales usan silicio, que opera dentro de frecuencias de luz visible. Como resultado, subirlos a niveles lo suficientemente altos como para poder realizar trabajos importantes, como detectar un animal 200 metros más adelante, incluso en una carretera con niebla, aumenta el riesgo de lesiones oculares. Muchos [proveedores de automóviles] ven la seguridad ocular como un problema a largo plazo y están muy interesados ​​en la sensibilidad de fotón único en longitudes de onda en las que tiene esta operación enormemente más segura para los ojos, dice Itzler.

Princeton Lightwave está en conversaciones con los principales proveedores de la industria automotriz para construir un prototipo inicial. Itzler dice que los costos tendrán que bajar precipitadamente, pero hay un precedente para eso: el primer receptor óptico [que usaba arseniuro de indio y galio] para redes de telecomunicaciones de alta velocidad costaba $ 5,000, y hoy cuesta $ 10, señala.

Ya sea que la tecnología llegue a los automóviles o no, dice Fried, la eliminación de la necesidad de algunas partes móviles y el desarrollo de conjuntos más grandes de detectores de fotón único finalmente revolucionará el precio de las imágenes en 3-D, en un factor de 10 o más, por lo tanto abriendo nuevas aplicaciones.

Mientras tanto, los nuevos avances en matrices de emisores basados ​​en chips podrían facilitar el envío de luz sin piezas giratorias. en un papel en Naturaleza El año pasado, otros investigadores del MIT mostraron cómo una matriz de antenas de silicio de 64 por 64 podía tomar un solo rayo láser y enviarlo a donde quisiera el usuario ajustando los voltajes en el chip.

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