Neuer kompakter Bildsensor verleiht Robotern erstmals 4D-Sehfähigkeit

Aktuelle 3D-Sehsysteme, wie sie in Robotern und Drohnen eingesetzt werden, sind oft sperrig, teuer und haben Schwierigkeiten, schnelle, unvorhersehbare Bewegungen in der realen Welt zu verarbeiten. Um dieses Problem zu lösen, haben Forschende einen hochentwickelten 4D-Bildsensor entwickelt, der auf einem einzigen Siliziumchip gebündelt ist. Diese kompakte Technologie, die im Fachjournal Nature vorgestellt wurde, erstellt hochpräzise digitale Karten ihrer Umgebung und verfolgt gleichzeitig die exakte Geschwindigkeit bewegter Objekte.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Sensoren, die auf schnelle Lichtpulse angewiesen sind und separate Komponenten zum Senden und Empfangen von Signalen benötigen, arbeitet der neu entwickelte Chip mit einem kontinuierlichen Laserstrahl. Das Laserlicht wird durch ein physisches Gitter aus fast 62.000 mikroskopisch kleinen, feststehenden Pixeln geleitet. Jedes Pixel in diesem Array fungiert zugleich als Sender und Empfänger, wodurch das gesamte Gerät außergewöhnlich kompakt bleibt. Durch die Analyse winziger Verschiebungen in der Frequenz der zurückkehrenden Lichtwellen berechnet das System sofort sowohl die Entfernung eines Objekts als auch dessen Geschwindigkeit.

Das Forschungsteam testete den Sensor erfolgreich in verschiedenen Szenarien, darunter bei der Kartierung von Innenräumen und der unmittelbaren Messung der Geschwindigkeit einer rotierenden Scheibe. Bei Outdoor-Tests über größere Distanzen erfasste der Chip zudem präzise Details wie Fenster und Balkone an einem Gebäude in 65 Metern Entfernung.

Da das Design alle nötigen elektronischen und optischen Komponenten direkt auf einem einzigen Chip integriert, ist es kompakt und skalierbar. Auch wenn Auflösung und Reichweite noch verbessert werden müssen, könnte diese 4D-Technologie eines Tages die Sehfähigkeiten autonomer Maschinen, Drohnen und später auch alltäglicher Digitalkameras und Smartphones verbessern.