Un système d’imagerie 3D à large champ de vision pour la robotique et l’automobile

Les voitures autonomes, les drones, et plus généralement les robots non pilotés par un humain, ont besoin d’instruments de détection automatique et de suivi des objets présents sur leur trajectoire, afin d’assurer leur mission et d’éviter les accidents. Le LiDAR, un système d’imagerie 3D équipé d’un scanner laser, peut remplir efficacement cette fonction : il envoie des signaux lasers pour éclairer des objets ciblés, et reconstruit des images tridimensionnelles avec une haute résolution en analysant le temps de parcours des signaux d’écho renvoyés par les objets. Différentes technologies LiDAR existent sur le marché, mais jusqu’ici leur utilisation reste limitée, soit parce que leur champ de vision est trop étroit, soit en raison d’une fréquence de fonctionnement trop faible, notamment pour suivre des objets mobiles. De plus, ces instruments répondent mal aux exigences d’une industrie comme l’automobile en termes de coût, de compacité, et de résistance aux vibrations. C’est pourquoi de nouvelles solutions sont actuellement à l’étude.

Ainsi, le LiDAR innovant développé au CRHEA (CNRS/Université Côte d’Azur) pourrait pour la première fois répondre à l’ensemble de ces critères. Le nouvel instrument est basé sur une métasurface : un composant optique ultra fin, constitué d’un substrat sur lequel ont été réalisées des structures de tailles nanométriques réparties de manière périodique. Ce composant a pour propriété de dévier un faisceau lumineux, selon un angle qui dépend du point d’impact du faisceau sur la surface. Le système est complété en amont par un dispositif de balayage du faisceau laser, et l’ensemble permet de capter une scène sur un large champ de vision (150°x150°) avec une haute fréquence de balayage (MHz).

Ce démonstrateur, qui a fait l’objet d’un accompagnement du CNRS via son programme de prématuration, a prouvé le potentiel des métasurfaces pour les LiDARs. Des industriels ont déjà manifesté leur intérêt. Cependant un travail de développement reste à faire, afin d’adapter la technologie aux contraintes industrielles de compacité, de longueur d’onde, et de fabrication en volumes. Les chercheurs ont déjà proposé un concept plus élaboré, capable de fonctionner dans l’infrarouge et utilisant une métasurface  »active », qui réalise les deux fonctions de balayage et de déflection du faisceau en un seul composant, ce qui réduit l’encombrement du dispositif.

La création d’une start-up axée sur cette technologie est également envisagée. Les perspectives sont prometteuses : le marché des LiDARs pour les voitures autonomes devrait croître de 50% en volume sur les dix prochaines années.