Avances en tecnología LiDAR con micropeines

La Detección y Rango de Luz, comúnmente conocida como LiDAR, es una herramienta importante en muchas tecnologías modernas, especialmente en áreas como la conducción autónoma y el mapeo. LiDAR usa luz para medir distancias. Emite pulsos láser y luego mide cuánto tarda la luz en rebotar después de chocar con un objeto. Esta técnica permite crear mapas tridimensionales detallados del entorno.

#Cómo Funciona LiDAR

En términos básicos, LiDAR envía luz láser, que viaja hasta que golpea algo. Cuando la luz regresa, el sistema calcula qué tan lejos está el objeto según cuánto tiempo tardó en volver. Esto es similar a cómo los murciélagos usan el sonido para navegar y encontrar objetos en su entorno.

LiDAR puede funcionar de diferentes maneras. Uno de los métodos se llama LiDAR de Onda Continua Modulada por Frecuencia (FMCW). Esta técnica es particularmente interesante porque puede medir tanto la distancia como la velocidad al mismo tiempo. Lo hace usando un haz continuo de luz que cambia su frecuencia a medida que avanza. El sistema luego analiza la frecuencia de la luz que regresa para determinar tanto qué tan lejos está el objeto como qué tan rápido se mueve.

#El Desafío con LiDAR FMCW

Aunque LiDAR FMCW es muy efectivo, enfrenta algunos desafíos. Uno de los principales problemas es que necesita poder actualizar sus mediciones rápidamente mientras sigue siendo preciso. Lograr actualizaciones rápidas y mantener alta Precisión, especialmente en cambios de distancia muy pequeños (menos de un micrón), es complicado.

#Un Nuevo Enfoque Usando Micropeines

Los desarrollos recientes en tecnología han introducido una nueva manera de mejorar el rendimiento de los sistemas LiDAR. Los investigadores han combinado LiDAR FMCW con una tecnología llamada micropeines. Los micropeines son dispositivos especiales que pueden producir una gran cantidad de frecuencias de luz espaciadas uniformemente. Esta característica los hace excelentes para calibrar la frecuencia de los láseres utilizados en LiDAR.

Al usar un micropeine de nitruro de silicio, los investigadores han creado con éxito un sistema LiDAR que es rápido y altamente preciso. Este nuevo LiDAR puede medir distancias con una precisión de menos de 10 nanómetros, y actualiza a una tasa de aproximadamente 24,600 veces por segundo. Esto es una mejora significativa respecto a los sistemas anteriores.

#Los Beneficios de Usar Micropeines

Una de las principales ventajas de usar micropeines en LiDAR es su capacidad para proporcionar calibración de alta frecuencia. Esto significa que el láser se puede ajustar con más precisión, lo que ayuda a obtener mejores mediciones. El micropeine ayuda a asegurar que el barrido de frecuencia del láser sea lineal, lo que mejora la precisión general de las mediciones de distancia y velocidad.

Además, los micropeines pueden producir tasas de chirp muy altas. La tasa de chirp se refiere a qué tan rápido cambia la frecuencia de la luz láser. Una alta tasa de chirp significa que el láser puede barrer diferentes frecuencias muy rápidamente. El nuevo sistema puede lograr una tasa de chirp de hasta 320 PHz/s (petahercios por segundo), que es mucho más alta de lo que era posible antes.

#Logros del Nuevo Sistema LiDAR

La combinación de micropeines con LiDAR FMCW ha dado lugar a resultados impresionantes. El nuevo sistema puede medir distancias con una precisión de 0.27 nanómetros. Esto significa que puede detectar pequeños cambios en la distancia, lo cual es importante para aplicaciones que requieren extrema precisión, como la conducción autónoma y el mapeo detallado.

Además, este sistema LiDAR puede medir la velocidad de objetivos en movimiento con una incertidumbre muy baja de menos de 0.4 mm/s. Esto es beneficioso para rastrear objetos que se mueven rápido y puede aplicarse en varios campos, incluyendo transporte y vigilancia.

#Aplicaciones de la Tecnología LiDAR Mejorada

Los avances en la tecnología LiDAR han abierto nuevas posibilidades en varios campos. Algunas de las aplicaciones clave incluyen:

#Vehículos Autónomos

Una de las aplicaciones más prometedoras de este sistema LiDAR avanzado es en vehículos autónomos. Al usar mediciones altamente precisas, los autos autónomos pueden entender mejor su entorno, evitar obstáculos y navegar de forma segura. La combinación de mediciones de distancia y velocidad precisas permite que estos vehículos respondan rápidamente a entornos cambiantes.

#Monitoreo Ambiental

La tecnología LiDAR también es útil para el monitoreo ambiental. Se puede utilizar para medir cambios en el terreno, monitorear la salud de los bosques e incluso evaluar el impacto de desastres naturales. La capacidad de reunir datos precisos rápidamente permite una mejor toma de decisiones y planificación en esfuerzos de conservación.

#Construcción y Mapeo

En la construcción, LiDAR se puede usar para la topografía y el mapeo de sitios. La alta precisión del nuevo sistema permite a las empresas de construcción crear modelos digitales precisos de los sitios, lo que puede mejorar la planificación y reducir costos.

#Imágenes Médicas

Otra aplicación está en las imágenes médicas. LiDAR podría usarse potencialmente en tomografía de coherencia óptica, una técnica que proporciona imágenes de alta resolución de tejidos biológicos. Esto podría conducir a mejores diagnósticos y tratamientos en el cuidado de la salud.

#Detalles Técnicos del Nuevo Sistema

El nuevo sistema LiDAR consta de varios componentes clave que trabajan juntos para lograr alta precisión y velocidad.

#Láser FDML de Banda Ancha

En el núcleo de este sistema hay un láser de Dominio de Frecuencia de Modulación de Onda (FDML) de banda ancha. Este tipo de láser está diseñado para producir una amplia gama de frecuencias muy rápidamente, lo cual es esencial para las mediciones de alta velocidad necesarias en LiDAR.

#Micropeine de Nitruro de Silicio Integrado

El micropeine de nitruro de silicio actúa como un calibrador de frecuencia. En lugar de enviar el micropeine a un objetivo, se usa localmente para calibrar la frecuencia del láser. Este enfoque evita problemas de potencia mientras mantiene alta precisión. El micropeine tiene un gran espaciado de líneas, lo que le permite calibrar eficazmente los barridos de frecuencia con tasas de chirp muy altas.

#Procesamiento de Datos en Tiempo Real

Otra característica importante del sistema es su capacidad para procesar datos en tiempo real. Esta capacidad es esencial para aplicaciones donde se requiere una toma de decisiones rápida, como en vehículos autónomos o en el monitoreo ambiental en tiempo real.

#Conclusión

Los avances en la tecnología LiDAR, particularmente con la integración de micropeines, marcan un paso significativo hacia adelante en la medición de precisión. La capacidad de lograr una precisión de menos de 10 nanómetros y actualizaciones de alta velocidad abre nuevas puertas para aplicaciones en varios campos.

Esta tecnología no solo mejora la efectividad de los sistemas existentes, sino que también allana el camino para soluciones innovadoras en industrias que dependen de mediciones precisas de distancia y velocidad. A medida que continúa la investigación, podemos esperar más mejoras que empujarán los límites de lo que es posible con la tecnología LiDAR.

La combinación de calibración precisa de frecuencia y la capacidad de medir rápidamente sin duda jugará un papel crucial en dar forma al futuro de la navegación, el mapeo y la automatización.