盖世汽车讯 在物理空间中移动和操作的设备需要传感器来读取其环境。激光雷达（LiDAR）就是这样一种传感技术，它具有许多潜在的应用，但通常由于太大或太昂贵而无法广泛应用。

据外媒报道，近日，华盛顿大学（University of Washington，UW）的研究人员开发出体积小、成本低且没有移动部件的激光雷达，这一突破可能很快就会成为许多技术的真正游戏规则改变者。

图片来源：华盛顿大学

LiDAR代表光检测和测距，是一种已经存在了半个多世纪的3D激光成像技术。与雷达（一种类似的基于声音的传感方式）一样，激光雷达会扫描整个区域，然后接收并解释反射信号。

过去，这些基于激光的系统需要移动部件，但这样会增加重量、复杂性、耐用性和费用。UW电气和计算机工程（ECE）研究小组开发出利用量子效应在芯片上创建激光雷达的方法，这是一种不需要移动部件的轻量级方法。相关研究已发表于期刊《Nature》。

领导该研究团队的UW ECE和物理学教授Mo Li表示：“我们发明了一种全新类型的激光束控制装置，没有任何移动部件，用于扫描激光雷达系统，并将其集成到计算机芯片中。这项新技术利用芯片表面运行的声音来引导扫描激光进入自由空间。它可以在100米外探测三维物体并对其进行成像。”

这项研究的大部分实验工作是由博士后Bingzhao Li和UW ECE研究生Qixuan Lin完成。两人都是Mo Li领导的华盛顿大学光子系统实验室的成员。

Mo Li将激光雷达比作在某个区域来回移动的探照灯。这种芯片上激光雷达的巨大区别在于，它发出的激光束可以利用量子效应进行弯曲。

光束仅略高于芯片表面，因此对眼睛安全，同时还采用叉指换能器（IDT）来激发芯片上的声波。产生的振动根据其频率来回“引导”光束，运动可以连续或逐步发生。

该光束随后从环境中的物体反射，返回到激光雷达，探测器接收光束。然后软件会解析这些信息，构建反射物体的图像。

该芯片使用研究团队称为“声光光束控制（acousto-optic beam steering）”的技术，可产生几千兆赫兹的高频声音脉冲，远远超出了可听范围。这些振动会产生一种称为声子（phonons，一种量子准粒子）的新兴现象。该声子改变组成光束的光子的偏转，就像棱镜一样弯曲光束。

光的散射主要保留在芯片二维波导的平面内。因此，光穿过由振动产生的量子尺度介质。而声子根据其频率改变光束的路线，使其扫过一定角度，形成约20度的视场。

本质上，振动产生了相当于衍射光栅的效果，声子改变了激光相干光的角度和波长。这是该系统的另一个重要特征，因为波长的变化也对应于频率的变化。发生这种情况是由于一种众所周知的“布里渊散射（Brillouin scattering）”。因此，光束角度的每个微小差异实际上都被“标记”，因为具有不同频率的光子。

这允许使用单像素摄像头检测返回的光子。然后可以通过软件处理这些信息以快速构建图像，包括扫描的风景图片。

Qixuan Lin表示：“我们可以从反射激光的‘颜色’来判断其方向，我们将这种方法称为‘频率角解析（frequency-angular resolving）’。我们的接收器只需要一个成像像素，而不是一个完整的摄像头，就可以对远处的物体进行成像。因此，它比当今常用的激光雷达接收器更小、更便宜。”

该系统目前的测距约为110米。然而，自动驾驶汽车以正常高速公路速度行驶时，通常大约需要该数值三倍的测距。目前的测距限制源于系统当前约百分之五的效率。Li认为他们还需要一年才能达到300米所需的50%效率。这个测距可以让时速超过60英里的车辆有足够的时间对其路径上的物体和情况做出反应。

下一代激光雷达的商业应用包括自动驾驶汽车。尽管特斯拉首席执行官埃隆·马斯克曾说过，自动驾驶汽车不需要激光雷达，但低成本激光雷达版本可能会否定这一论点。

该系统重量的显著减轻也将使其在无人机中更加有用和可行。机器人技术还可以在许多不同领域利用这种新系统，从仓库自动化到军事机器人。小规模和缺乏移动部件也为医学成像提供了独特的机会。

Mo Li和Bingzhao Li计划在两到三年内成立一家初创公司，将该技术实现商业化。他们已经从华盛顿大学创业孵化器CoMotion和华盛顿研究基金会获得了种子资金