3D-mittaus mullistaa robottiautojen ohjauksen

Puolijohteisiin perustuva 3D-etäisyysmittausteknologia voi mullistaa ajoneuvojen ja työkoneiden automaattisen ohjauksen liikenteessä, rakentamisessa sekä maa- ja metsätaloudessa.

Oulun yliopiston elektroniikan professorin Juha Kostamovaaran tutkimusryhmä kehittää 3D-etäisyysmittauksen uuden sukupolven teknologiaa. 

Kostamovaaran tutkimusryhmä osallistui äskettäin päättyneeseen, kuusi vuotta kestäneeseen Suomen Akatemian rahoittamaan Laserkeilauksen huippuyksikkö -ohjelmaan. Yksi osa sitä oli 2D- ja 3D-etäisyyskuvantimien prototyyppien kehittäminen.

Oulun yliopisto tiedotti tutkimushankkeesta 5.6.

”Laseretäisyysmittauksessa tavoitteenamme on kehittää pienikokoinen, suurin piirtein tulitikkurasiaan mahtuva, vähän tehoa kuluttava ja edullinen puolijohteisiin perustuva sensoriteknologia, jolla voidaan tuottaa 2D- (profiilimittaus) ja 3D-etäisyyskuvia sensorin ympäristöstä sovelluksen tarpeiden mukaisesti”, Kostamovaara sanoo.

Puolijohderatkaisut puuttuvat

Tällaisten sensorien tarve kasvaa esimerkiksi ajoneuvosovelluksissa, robotiikassa ja turvallisuusalalla. Aktiivisesta tutkimuksesta huolimatta, täysin puolijohteisiin perustuvia ratkaisuja ei juurikaan ole vielä esitetty. Puolijohteilla toteuttaminen tarkoittaa, että laitteessa ei ole mekaanisesti liikkuvia osia kuten esimerkiksi peilejä vaan toteutus perustuu kokonaan elektroniikkaan.

”Tehtävä on osoittautunut hyvin haastavaksi. Ratkaisuillamme tuntuu toisaalta olevan melkoisesti potentiaalia tälle alueelle”, Kostamovaara sanoo.

Yksi osa tutkimusryhmän työstä on kehittää uusia optoelektroniikan komponentteja, kuten esimerkiksi laserdiodirakenteita, jotka pystyvät tuottamaan erittäin nopeita ja voimakkaita optisia pulsseja, joille kuvanninteknologia perustuu.

Prototyyppiin saakka

”Toinen tärkeä osa työtä on kehittää CMOS-teknologiaan perustuvaa mikropiirielektroniikkaa, jossa hyvin pienikokoisella piisirulla on monielementtinen ilmaisinmatriisi, joka kykenee detektoimaan samanaikaisesti yksittäisiä fotoneja, ja elektroniikkaa, joka mittaa fotonien ja lähetetyn laserpulssin välisiä kulkuaikoja. Kehitämme teknologiaa prototyyppitasolle asti, koska näin voimme testata ideoituja järjestelmäarkkitehtuureja käytännön sovelluksissa yhdessä tutkimuskumppaniemme kanssa”, hän sanoo.

Yksi tärkeimmistä sovellusalueista on ajoneuvojen ja työkoneiden automaattinen hallinta ja ohjaus esimerkiksi liikenteessä, rakentamisessa sekä maa- ja metsätaloudessa. Niitä voivat olla esimerkiksi mittausetäisyys sekä mittausnopeus ja tarkkuus. Näiden suorituskykyyn liittyvien parametrien lisäksi hinta, tehonkulutus ja anturin koko ovat tärkeitä järjestelmäparametreja etenkin massatuotantoon tarkoitetuissa laitteissa.