3D-geprinte ‘adelaarsogen’ voor zelfrijdende auto’s

Onderzoekers aan de Universiteit van Stuttgart (D) hebben een extreem krachtig lenssysteem ontwikkeld dat gebaseerd is op het perfecte gezichtsveld van een adelaar. Adelaarsogen kunnen ontzettend scherp vooruit en zijdelings waarnemen. Met behulp van 3D-printen is het gelukt om sensoren te produceren die deze eigenschappen nabootsen. De sensoren zouden toegepast kunnen worden in zelfrijdende auto’s.

Een zelfrijdende auto moet ontzettend scherp voor zich uit kunnen kijken om objecten op een afstand te herkennen. Tevens moeten ook de zijkanten in het gezichtsveld van de auto liggen, zodat de auto vroegtijdig op een situatie kan reageren. Tot nu toe waren daar een hele rij camera’s en sensoren voor nodig die rondom de auto werden geplaatst, of in sommige gevallen een roterende camera op het dak. Met de nieuw ontwikkeling worden de functies van al die camera’s en sensoren samengebracht in een zeer kleine sensor. Dit heeft de Universiteit Stuttgart weten te realiseren met behulp van een 3D-printer van de firma Nanoscribe uit Karlsruhe (D).

Micro-objectieflenzen op CMOS-Chip

De onderzoekers hebben direct op een hoge-resolutie CMOS-chip een hele reeks van micro-objectieflenzen met verschillende brandpuntsafstanden en gezichtsvelden geprint. De kleinste lens heeft een brandpuntsafstand die overeenkomt met een groothoeklens gevolgd door twee lenzen met meer een gematigd gezichtsveld. De grootste lens heeft een zeer lange brandpuntsafstand en een klein gezichtveld, vergelijkbaar met een telelens.

Twee-fotonpolymerisatie

De 3D-printer plaatst de lenzen met een zogenaamde twee-fotonpolymerisatie direct op de CMOS-chip. Hierbij worden twee ultrakorte impulsen van een infraroodlaser op een lichtgevoelig materiaal gefocust. Dit zorgt er voor dat het materiaal verhardt. Zo wordt laag voor laag de lensstructuur opgebouwd. Alle vier beelden die de lenzen op de chip genereren worden gelijktijdig uitgelezen en elektronisch verwerkt. Een klein computerprogramma stelt het beeld zo samen dat in het midden van de hoge resolutie afbeelding de telelens wordt weergegeven en aan de buitenkant het beeld van de groothoeklens. Momenteel wordt de nieuwe camera getest op verschillende objecten om de resolutie te verbeteren.

Geschikt voor Industrie 4.0

Omdat het hele sensorsysteem slechts een paar vierkante millimeter groot is en de diameters van de lenzen zich in een bereik van honderd tot enkele honderden micrometers bevindt, kan het systeem naast de automobielindustrie ook toegepast worden in (mini)drones of de machinebouw. De sensoren zijn al aangesloten op een minicomputer die een eigen IP-adres bevat, waardoor het snel is uit te lezen. Het systeem is daarmee geschikt voor toepassingen met betrekking tot Industrie 4.0.