Dabartinės robotų ir dronų regėjimo sistemos remiasi 3D jutikliais, kurie, nors ir galingi, ne visada neatsilieka nuo greito, nenuspėjamo realaus pasaulio judėjimo. Šioms sistemoms dažnai sunku akimirksniu išmatuoti greitį arba jos yra per didelės ir brangios kasdieniam naudojimui. Dabar žurnale „Nature“ paskelbtame straipsnyje mokslininkai praneša, kaip jie sukūrė 4D vaizdo jutiklį luste, kuris kuria 3D aplinkos žemėlapius ir tuo pačiu metu stebi judančių objektų greitį.
Taškų debesų pavyzdžiai. Šaltinis: Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10183-6
Jutikliai luste
Tyrėjai sukūrė židinio plokštumos matricą (focal plane array, FPA) – fizinį tinklelį iš 61 952 stacionarių pikselių, išgraviruotų ant vieno silicio lusto. Kiekvienas iš jų yra mažytis jutiklis, skleidžiantis lazerio šviesą į sceną ir aptinkantis atspindėtą signalą.
Norint „pamatyti“ aplinką, lazerio šviesa iš išorinio šaltinio tiekiama į lustą. Ši šviesa nukreipiama per lustą per optinių jungiklių tinklą, kuris nuosekliai nukreipia ją į pikselių grupes. Kiekvienas pikselis tada naudoja techniką, vadinamą FMCW LiDAR, kad išmatuotų grįžtantį signalą, kuris vėliau apdorojamas atstumui ir greičiui nustatyti. Daugelyje LiDAR sistemų vienas pikselių rinkinys siunčia šviesą, o kitas ją gauna, tačiau čia visi pikseliai ir siunčia, ir priima, todėl sistema yra daug kompaktiškesnė.
Be to, lustas naudoja nuolatinį lazerio spindulį, o ne trumpus šviesos impulsus, kaip veikia tradiciniai jutikliai. Šio metodo privalumas yra tas, kad jis gali aptikti nedidelius šviesos bangų dažnio pokyčius. Tai leidžia lustui vienu metu apskaičiuoti objekto atstumą ir greitį.
Atstumo ir greičio matavimas vienu metu
Komanda išbandė savo jutiklį luste keliose aplinkose, kad pamatytų, kaip jis gali apdoroti skirtingus atstumus ir judėjimą. Jis nuskenavo scenas ir vėliau jas rekonstravo į 3D skaitmeninius žemėlapius, sudarytus iš tūkstančių duomenų taškų. Sistema sėkmingai žemėlapyje nubraižė 6–11 metrų dydžio patalpas.
Norėdami patikrinti jos veikimo diapazoną, mokslininkai nukreipė lustą į 65 metrų atstumu esantį pastatą, ir jis buvo pakankamai galingas, kad užfiksuotų tokias detales kaip langai ir balkonai. Jie taip pat išbandė savo inovaciją besisukančiame diske, ir jis akimirksniu išmatavo savo greitį.
„Tai pirmoji didelio masto koherentinio FPA demonstracija su visa susijusia elektronika, integruota į lustą, todėl kainos struktūra būtų tinkama plačiam pritaikomumui“, – rašė autorius Remusas Nicolaescu.
Komanda dar turi ką nuveikti su lustu, pavyzdžiui, padidinti jo skiriamąją gebą ir išplėsti jo veikimo diapazoną. Kai jis bus pradėtas taikyti praktiškai, jis galėtų ne tik padėti robotams ir dronams. Ši technologija taip pat galėtų patobulinti skaitmeninius fotoaparatus, įskaitant tuos, kurie yra mūsų telefonuose.
Francesca Fabiana Settembrini et al, A large-scale coherent 4D imaging sensor, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10183-6
Journal information: Nature