Autonome Autos „sehen“ mit Mini-Lidar schärfer

Okan Atalar, Elektrotechniker der Stanford University, hat ein radarähnliches Lidar-System entwickelt, das so klein ist wie die Kamera eines Smartphones. Autonom fahrende Autos tasten ihre Umgebung mit Lidar ab, das mit nicht sichtbarem Licht arbeitet.

Aus der Zeit, die der Laserstrahl braucht, um ein Hindernis zu treffen, reflektiert zu werden und wieder am Ausgangsort anzukommen, lässt sich die Entfernung millimetergenau errechnen, und das praktisch in Echtzeit. Die nun erzielte Miniaturisierung eröffnet viele weitere Anwendungsbereiche.

Aus 2D- werden 3D-Bilder

Das Gerät, von dem es bisher lediglich eine Laborversion gibt, hat eine höhere Auflösung als das heute genutzte Lidar. Damit ist es möglich, Objekte in größerer Entfernung zu identifizieren, etwa einen Radfahrer von einem Fußgänger zu unterscheiden. Autonom fahrende Autos könnten sich so früher auf kommende Verkehrssituationen einstellen und Unfälle vermeiden, denn einer zweiten würde die dritte Dimension hinzugefügt. Hohe Auflösung heißt: Der Laserstrahl muss mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet werden, millionenfach pro Sekunde, keine einfache Aufgabe.

Atalar und seine Mitstreiter haben einen akustischen Resonator entwickelt, der nebenbei die benötigte Lichtfrequenz erzeugt. Er besteht aus Lithiumniobat, einem transparenten Kristall, der mit zwei ebenfalls transparenten Elektroden beschichtet ist. Lithiumniobat hat piezoelektrische Eigenschaften. Er vibriert, wenn ein Wechselstrom hindurchfließt, mit einer hohen einstellbaren Frequenz. Aufgrund der Änderungen des Kristallgitters moduliert Lithiumniobat Laserlicht im gleichen Rhythmus, in dem der Kristall vibriert. Es wird mehrere Millionen Mal pro Sekunde an- und ausgeschaltet.

Passt sogar ins Smartphone

„Es gibt auch andere Möglichkeiten, Licht sehr schnell an- und auszuschalten. Aber unsere akustische Lösung ist die bei Weitem energieeffektivste“, verdeutlicht Atalar die Funktionsweise. Er und sein Doktorvater Amin Arbabian glauben, dass dieses System die Grundlage für eine neue Art von kompaktem, kostengünstigem, energieeffizientem Lidar werden könnte, weil es nicht nur wenig Strom braucht, sondern sehr klein ist. Es könnte außer in Autos in Smartphones, Drohnen und anderen Objekten genutzt werden.

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