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Lidar : ce minuscule capteur va donner une vue perçante aux robots

Lidar
Le problème de la robotique autonome, que ce soit pour les voitures, les drones, et tous les objets destinés à se déplacer, c’est la perception de leur environnement. Les robots sont donc équipés de capteurs, en général issus de la technologie des radars. Mais ces instruments sont lourds, encombrants et encore très coûteux. En 2015, l’agence de recherche pour la Défense américaine (DARPA) lançait donc un challenge : développer des capteurs, miniaturisés, de haute précision et au moindre coût. Défi relevé par des équipes de chercheurs du MIT qui viennent de publier leurs travaux. Ils ont inventé un radar réagissant à la lumière, un Lidar, de taille millimétrique et dont la production en série pourrait amener le coût à quelques dollars l’unité.
 
Pour qu’une voiture autonome se déplace en toute sécurité, elle doit être équipée de capteurs capables de « voir » l’environnement dans lequel l’objet évolue et de distinguer le moindre détail. Cette mission était jusqu’à présent dévolue à la famille des radars ou des sonars. Le bon vieux radar utilise les ondes radio alors que le sonar joue avec les sons. Mais ces technologies sont insuffisantes pour les applications auxquelles ont les destine, demandant des temps de réaction instantanée et une précision absolue.
 
Le lidar s’appuie sur les lasers et la lumière pour évaluer les distances plutôt que sur le son ou les ondes radios. En travaillant sur la lumière, ces appareils gagnent en rapidité et en précision. En effet, les ondes lumineuses sont 100 000 fois plus fines que les ondes radio ce qui autorise la détection d’objets beaucoup plus petits, avec des résolutions bien plus grandes. C’est pourquoi ces lidars, depuis leur invention dans les années 60 sont surtout destinées à la cartographie de précision et offrent des solutions intéressantes pour les métiers demandant une grande précision de localisation comme les archéologues ou les roboticiens.
 
Le problème de ces lidars est leur taille et surtout leur coût, empêchant toute utilisation massive de cette technologie de précision. Le prix d’un dispositif lidar oscille entre 1000 et 70 000 dolars, ce qui limite les applications à de rares secteurs industriels. Même les voitures autonomes qui représentent des applications naturelles de ces technologies rechignent devant les coûts. Le dernier accident de la Tesla autonome serait, semble-t-il dû à l’absence de cette technologie dans le véhicule.
 
Le Photonic Microsystems Group du Laboratoire de Recherche électronique du MIT affirme être parvenu à résoudre l’équation taille et coût de cette technologie. Les deux ingénieurs en chef du PMG, Christopher V. Poulton et Michael R. Watts décrivent dans leur article de nouveaux lidars miniatures qui ne dépassent pas la taille de 0.5 sur 0.6 mm et pourraient être produits à grande échelle pour moins de 10 $ l’unité.
 
Autre avantage, ces lidars sont fabriqués en une seule pièce, ce qui les rend plus robustes que n’importe quel autre système similaire ; de plus, le faisceau lumineux n’est pas mécanique ce qui le rend 1000 fois plus rapide que les systèmes mécaniques actuels. Pour abaisser aussi considérablement le prix, les chercheurs et ingénieurs se sont en effet inspirés des techniques de fabrication des processeurs pour créer un lidar sur "puce photonique" qui élimine le recours aux pièces mécaniques des appareils traditionnels. Ces derniers utilisent en effet souvent des cellules photosensibles montées dans des dômes tournant très vite pour balayer l'environnement à 360 degrés.
 
La contrepartie de ce choix technique est qu’il faudra installer davantage de ces mini lidars pour obtenir une vision 360°. C’est la raison pour laquelle l’abaissement du coût est un facteur important.
Ce nouveau lidar ouvre d'innombrables nouvelles perspectives en matière de robotique. Grâce à lui, on peut imaginer demain des drones autonomes, capables d'évoluer en ville en évitant le moindre obstacle. Ils pourraient aussi être aisément implémentés sur des robots domestiques comme les aspirateurs autonomes qui pourraient « voir » la poussière avec une précision absolue. Autre application impressionnante : ces lidars pourraient équiper les « doigts » d’un robot humanoïde afin de lui permettre de saisir des objets avec une précision extrême et d'identifier ce qu’il tient dans la main.
 
Pour l’instant, le lidar développé par la DARPA et le MIT ne peut détecter des objets que dans un rayon de 2 mètres. Les chercheurs espèrent atteindre une portée de 5 mètres d’ici un an et à terme aller... au-delà de 100 mètres. Des performances qui permettraient à ces yeux électroniques de détecter une tête d’épingle à l’autre bout d’un terrain de football.