Innovation für 3D-Scanner: Forscher des MIT entwickeln 1000 mal schnellere 3D-Scanner-Sensoren

Forscher des MIT haben 3D-Scanner-Sensoren entwickelt, die 1000 mal schneller arbeiten als heutige Sensoren. Dabei wird ein LiDAR-Sensor auf einen Chip gebracht, der in unterschiedlichen Geräte und Anwendungen eingesetzt werden kann. Die Produktionskosten für den Hochleistungschip liegen gerade einmal bei 10 US-Dollar.

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Ein Forscherteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat das 3D-Scanning mit neuen, preisgünstigen LiDAR-Sensoren neu definiert. Hergestellt werden die Sensoren auf 300 mm Wafern bei Produktionskosten von weniger als 10 US-Dollar (ca. 8 Euro) pro Stück. Entwickelt wurden die LiDAR-Sensoren vom PhD-Studenten Christopher V. Poulton und seinem Lehrbeauftragten Prof. Michael R. Watts, der mit der DARPA an der Entwicklung photonischer Innovationen arbeitete, berichten die Wissenschaftler in dem Technologie- und Wissenschaftsmagazin „IEEE Spectrum“.

LiDAR auf einem Chip
LiDAR on a Chip: Die innovative, technologische Entwicklung soll die Art und Weise wie wir heute 3D-Scanning betreiben revolutionieren (Bild © Christopher V. Poulton; spectrum.ieee.org).

Nach Angaben der Forscher wird ihr neu entwickelter Sensor den Markt für 3D-Scanner auf den Kopf stellen. Sie sehen ihn als Verwendungszweck in der Robotik, autonomen Fahrzeugen, Low Cost Scannern und als integrierte Sensoren in anderen tragbaren Geräten. Wie die Forscher weiter berichteten, sei ihre LiDAR-Entwicklung leistungsfähiger als alle heutigen LiDAR-Sensoren.

Die genannten Produktionskosten beziehen sich auf eine millionenfache Produktion im Jahr. Die neuen LiDAR-Sensoren des MIT sind 1000 mal schneller als aktuelle LiDAR-Systeme und erlauben eine Erhöhung der Scanrate, was zum Beispiel zur Verfolgung (Tracking) von Hochgeschwindigkeitsobjekten genutzt werden könnte.

Die Ursprünge der LiDAR-Chips liegen in der Silizium-Photonik-Technologie, die Silikon-Wellenleiter von ein paar Nanometer Größe im Querschnitt verwenden, um „Leitungen für Licht“ zu schaffen. Deutlich kleiner als optische Fasern ebnen sie den Weg für photonische Schaltungen auf sehr kleine Chips mit ähnlichen Eigenschaften wie optische Fasern. Sie lassen sich in großer Anzahl in CMOS-Gießereien herstellen.

Die entwickelten LiDAR-Sensoren sind 0,5 mm x 6 mm messende Silizium-Photonik-Chips mit lenkbaren Sende- und Empfangsantennen und Germanium-Photodetektoren, mit denen sie Objekte in einem Bereich von 5 cm bis 2 Metern erkennen können. Die Reichweite soll innerhalb eines Jahres auf 10 Meter ausgedehnt werden. Das Ziel der Forscher sind 100 Meter und mehr Reichweite mit den auf Chip-Technologie basierenden LiDAR-Sensoren.

Zur Zeit ist der begrenzte Steuerbereich von 51 Grad das Problem, doch in naher Zukunft soll ein Blickwinkel von 100 Grad möglich sein. Mit mehreren Sensoren soll so eine 360 Grad Rundumsicht ermöglicht werden. Über weitere Forschungen des MIT zum Thema berichten wir in unserem 3D-Drucker-Newsletter.

Video

Welche Ergebnisse die LiDAR-Technologie beim 3D-Scanning liefert, die übrigens auch die autonomen, selbst fahrenden Autos von Google einsetzt, kann auch in einem Musikvideo der Band „Radiohead“ angesehen werden.

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