Le MIT a conçu un capteur LiDAR cent fois plus petit que ceux du marché

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Dans le cadre du programme E-PHI de la Darpa, un groupe de chercheurs en micro-systèmes du MIT est parvenu à miniaturiser un capteur lidar sans contrepartie de prix.

Le LiDAR, digne successeur du radar ?

En 2015, l’Agence de Recherche pour la Défense américaine lançait un ambitieux programme en collaboration avec le MIT. Le but ? Pousser encore plus loin les avancées de la technologie LiDAR (light detection and ranging) en la miniaturisant à moindre coût. Un défi de taille pour cette technologie relativement nouvelle (en comparaison du bon vieux radar) et popularisée par les dispositifs de Velodyne, les mêmes qui permettent aux voitures autonomes de Ford de rouler dans le noir total. Et celle-là même que Tesla Motors refuse d’utiliser pour équiper ses véhicules et qui lui a valu son lot de critiques après son premier accident mortel, en juin dernier.

Pour rappel, le lidar, ou « altimétrie laser aéroportée » selon la terminologie française, est une technologie de détection similaire aux radars et sonars, mais qui s’appuie sur les lasers et la lumière pour évaluer les distances plutôt que sur le son ou les ondes radios. L’intérêt est double. Non seulement la lumière est plus rapide, mais ses ondes sont également incommensurablement plus fines (environ 100 000 fois plus fines que les ondes radios). Ce qui permet à un capteur lidar de détecter des objets avec une résolution autrement plus intéressante, et donc de détecter des objets beaucoup plus petits. La technologie est particulièrement appréciée des roboticiens, cartographes et archéologues.

L’objectif de ce programme est donc clair. Faire en sorte que la taille de ces systèmes soient ramenée à celle de son équivalent radio, le radar. Le tout, évidemment, sans que le prix n’augmente de façon trop significative. Car l’idée est d’équiper les drones de ces nouveaux capteurs compacts.

Un projet plus qu’ambitieux, mais qui semble avoir porté ses fruits.

Nightvision-goggles

Un lidar 100 fois plus petit

Lorsqu’il a lancé le projet Electronic-Photonic Heterogeneous Integration (E-PHI) en 2011, Joshua Conway, en charge des micro-systèmes à la DARPA, voulait « concentrer les pouvoirs de captation d’un gros télescope dans un semi-conducteur plus petit qu’une soucoupe, léger comme une plume et bon marché« . Mission (plus ou moins) accomplie.

Quelques années plus tard, le Photonic Microsystems Group du Laboratoire de Recherche Electronique du MIT y est parvenu. Ce groupe est spécialisé dans la conception de circuits et semi-conducteurs microphotoniques. La microphotonique est une branche de la recherche technologique qui veut maîtriser la lumière à l’échelle microscopique. Le candidat tout trouvé pour la DARPA.

D’après l’article des deux ingénieurs en chef du PMG, Christopher V. Poulton et Michael R. Watts, les prix actuels d’un dispositif lidar oscillent entre $1.000 et $70.000. « Ce qui limite grandement leurs applications dans le domaine du miniature » ajoutent-ils. Jusqu’à présent, dans le domaine des produits de consommation, seuls les prototypes de voitures autonomes sont équipés de dispositifs aussi coûteux. Jusqu’à présent, car les nouvelles micro-puces conçues par leur équipe sont tout bonnement révolutionnaires.

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Ces nouveaux lidars miniatures ne mesurent pas plus de 0.5 mm x 6 mm et pourraient être produits pour un coût à l’unité de 10$ à condition qu’il en soit produit des millions par an. A cela, il faut ajouter que la fabrication de cette technologie se fait en une pièce et est donc autrement plus robuste que ses concurrentes. Enfin, l’orientation du faisceau lumineux étant non mécanique, elle est « 1000 fois plus rapide que ce qu’atteignent les systèmes mécaniques actuels« .  Une caractéristique essentielle pour la DARPA puisque l’un des objectifs premiers était d’équiper ses drones d’une technologie qui leur permette d’analyser rapidement leur environnement et donc d’accélérer la vitesse de déplacement de ces engins ou d’améliorer leurs capacités à détecter des objets. Ces capteurs microscopiques ont un champ de vision de 51° et ne parviennent à détecter des objets que dans un rayon de 2 mètres (pour portée minimum de 5 cm.), mais les chercheurs sont confiants, ils pourront augmenter la portée au-delà des dix mètres dans l’année et jusqu’à 100m dans un futur proche.

L’ultime avantage de cette technologie, c’est qu’elle est compatible avec la Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS), la technique de fabrication de semi-conducteurs la plus répandue. Elle pourra donc être fabriquée en masse dans les usines traditionnelles.

Le projet du MIT n’est pas le seul à avoir contribué au projet E-PHI. Les universités de Berkeley, de San Diego et de Santa Barbara ainsi que l’entreprise Aurrion, Inc. ont également participé. En 2014, l’Université de Santa Barbara tirait son épingle du jeu en démontrant qu’il était possible de « faire pousser des micro points de lumières directement sur des micro-puces en silicone« .

micro points de lumières intégrés sur une puce en silicone

Et pour la concentration des capacités d’un télescope optique dans une micro-puce, il faudra attendre les avancées du nouveau programme annoncé par Joshua Conway, le programme Modular Optical Aperture Building Blocks (MOABB). C’est dans le cadre du programme Modular Optical Aperture Building Blocks (MOABB) que les technologies formulées par E-PHI seront améliorées et concrétisées. En attendant, l’équipe du MIT espère voir des micro-lidars bon marché arriver sur le marché dans les prochaines années. De quoi révolutionner la robotique, les UAV et la mobilité autonome. Car d’après Conway, avec les technologies MOABB, « l’on pourrait immédiatement identifier la portée et la vitesse de tout objet repéré par le lidar sur une longueur d’un terrain de football et ce avec la même résolution qu’une caméra« , ou autrement dit, un bon moyen pour un hélicoptère ou un drone de « survoler une forêt et de percevoir entre les feuilles, la position d’un sniper ou d’un tank caché sous la canopée« .


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