自動運転車やロボットを劇的に進歩させるセンシング技術「LIDAR(ライダー)」の極小チップ化に成功

「レーダー」のような電波ではなく、紫外線・可視光線・近赤外線などを用いて遠距離にある対象までの距離や性質を分析できるリモートセンシング技術が「LIDAR(ライダー)」です。マサチューセッツ工科大学(MIT)と国防高等研究計画局(DARPA)は、ライダーのセンサーを1個の極小チップ上に搭載することに成功しており、自動運転車やロボットの認識技術が進化することが期待されています。

MIT and DARPA Pack Lidar Sensor onto Single Chip - IEEE Spectrum
http://spectrum.ieee.org/tech-talk/semiconductors/optoelectronics/mit-lidar-on-a-chip

ライダー(Light Detection And Ranging)はレーダーに似た技術ですが、波長の長さが電波の10万分の1レベルのレーザー光線を用いるため、レーダーでは検出できない物質や、エアロゾルや雲の粒子などの小さな物質の検出に適しています。ライダーはロボット技術の発展にも重要で、もしレーダーしか搭載していないロボットを作っても小さな物質を検出できないため、複雑な対象の分析に苦労することになります。

ライダーは光線を放射して反射信号を受け取ることで対象の距離を測定し、その際に距離だけでなく対象物の移動速度や材料組成なども測定可能。周囲の複数のポイントを測定することで完全3Dモデルも作り出すことができます。近年ではライダーは自動運転車・ロボット工学・地質学・海洋マッピング・ドローンなどの分野で使われており、ライダーは自律的に動作するほぼ全てのロボットに不可欠なシステムとなっています。

今日使われるほとんどのライダーシステムは、レーザーやレンズのような光学コンポーネントと受信機を必要とします。これらのライダーシステムは装置のサイズ・複雑性・過酷な環境での長期信頼性などにより精度が制限されています。市販の最先端のライダーシステムは1000ドル(約10万円)～7000ドル(約72万円)で販売されており、コストは装置のサイズが小さいほどに高額になります。小型であれば自動運転車やロボットに搭載しやすくなりますが、高価なライダーモジュールを搭載することは、製品化にあたって障害となってしまいます。

MITのフォトニック・マイクログループはこの高価で大型のライダーシステムのモジュールをマイクロチップに搭載させることに成功し、商用のCMOS工場で安価に大量生産するという試みを行っています。この「ライダー・チップ」は直径300mmの大径ウェハー上に製造することで、1つあたり10ドル(約1000円)という低価格で年間数百万ユニットの生産量を見込んでいるとのこと。ライダー・チップには可動式の機構を用いないビーム・ステアリングが搭載され、現行の機械式のライダーシステムの1000倍以上の速度を実現しており、スキャン速度も高速化できるとのこと。

MITはライダーのチップ化を実現するためにシリコン・フォトニクスの開発から着手し、10年の開発研究期間を経てシリコン・フォトニクスをコンピューターのマイクロプロセッサなどと同じ量産ラインで製造する手法も開発済みとのこと。現時点でのライダーチップは最大2メートル・最小5cmの範囲をスキャンすることができ、1年以内に10メートルまで拡大される予定。最終的に走査可能距離は100メートルに達する見通しも立っています。

Googleの自動運転車に搭載されているライダーシステムは7万5000ドル(約770万円)以上のコストがかかっているのですが、ルーフ上に360度を見渡せる巨大な装置を搭載している状態。MITのライダー・チップは数年で商用化される予定なので、低コストで見た目もスッキリした自動運転車の登場に一役買うことができそうです。

自動運転車、レーザーの「目」コストが障害に - WSJ