Dualeye+

Gemeinsam mit internationalen Partnern wird derzeit ein intelligenter 3D-LiDAR-Sensor der nächsten Generation entwickelt, der Reichweite, Genauigkeit und funktionale Sicherheit neu definieren soll. Ziel des Projekts ist es, die LiDAR-Technologie leistungsfähiger, robuster und kosteneffizienter für industrielle Anwendungen, autonome Fahrzeuge und Robotik zu machen. Damit adressiert das Projekt einen weltweit wachsenden Markt, für den in den nächsten fünf Jahren zweistellige Wachstumsraten erwartet werden.

LiDAR (Light Detection and Ranging) ist eine laserbasierte Fernerkundungstechnologie, die Entfernungen präzise misst und Umgebungen dreidimensional erfasst. In den vergangenen Jahren hat sie mehrere Innovationsphasen durchlaufen – von frühen Forschungsanwendungen bis hin zu alltäglichen industriellen Lösungen. Mit dem Aufstieg von Hightech-Bereichen wie autonomen Fahrzeugen und mobilen Robotern hat sich der globale Wettbewerb um diese Schlüsseltechnologie deutlich verschärft. Während frühe Marktführerschaft und Patentaktivitäten zunächst auf wenige Akteure konzentriert waren, haben andere Regionen ihre Kompetenzen in den letzten Jahren rasch ausgebaut. Genau hier setzt das Dualeye-Projekt an. Im Zentrum steht ein intelligenter 3D-LiDAR-Sensor mit aktiver Steuerung des Sichtfelds. Möglich wird dies durch die synchrone Ansteuerung mehrerer zweidimensionaler MEMS-Spiegel, die den Laserstrahl gezielt und flexibel lenken. Im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen ermöglicht dieses Konzept eine höhere Anpassungsfähigkeit an verschiedene Anwendungsszenarien – von der Fernbereichserkennung bis hin zur hochauflösenden Nahfeldanalyse.

Ein technologischer Durchbruch wird durch die Entwicklung eines zweiachsigen MEMS-Spiegelelements auf Basis des neuartigen piezoelektrischen Materials Aluminiumnitrid-Scandium (AlScN) erzielt. Dieses Material gilt als nächste Generation piezoelektrischer Dünnfilme, da es nicht nur eine hohe Aktuationseffizienz und präzise Steuerbarkeit bietet, sondern auch eine CMOS-kompatible Verarbeitung auf Wafer-Ebene ermöglicht. Der daraus resultierende 2D-MEMS-Spiegel tastet den Laserstrahl besonders schnell und präzise ab und verbessert damit die Reaktionsgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems erheblich. Durch die Kombination des auf AlScN basierenden piezoelektrischen 2D-MEMS-Spiegels mit einem hochmodernen, auf Einzelphotonen-Lawinendioden (SPAD) basierenden direkten Time-of-Flight-Sensor-IC (dTOF), der einzelne Photonen detektieren kann (entwickelt von Solid-Vue im Konsortium), liefert das System hochpräzise 3D-Daten in Echtzeit – selbst über große Entfernungen. Das kompakte Sensordesign reduziert zudem den Platzbedarf des Gesamtsystems und ermöglicht eine nahtlose Integration in industrielle Umgebungen.

Das Projekt wird im Rahmen einer engen internationalen Zusammenarbeit zwischen Korea und Deutschland durchgeführt. Das Fraunhofer ISIT (beteiligtes Institut 1) lenkt mithilfe eines 2D-piezoelektrischen MEMS-Spiegels das Licht gezielt auf die relevante Zielregion, während Solid-Vue (beteiligtes Institut 2) die Umgebung mit einem SPAD-basierten dTOF-Sensor erfasst. Die Integration des Gesamtsystems erfolgt anschließend durch das federführende Institut Autonics Co.. Gemeinsam verfolgen die Partner eine klare Strategie: Auf Basis der intern entwickelten AlScN-Dünnschichttechnologie sollen marktreife piezoelektrische 2D-MEMS-Spiegel entwickelt werden. Dies ermöglicht die Realisierung eines intelligenten 3D-LiDAR-Systems, das zuverlässig, sicher und kosteneffizient arbeitet und die Projektpartner dabei unterstützt, ihre angestrebten technologischen Meilensteine auf internationaler Ebene zu erreichen.

Gemeinsam verfolgen wir eine klare Strategie: Auf Basis der selbst entwickelten AIScN-Dünnschichttechnologie sollen marktfähige, piezoelektrische 2D-MEMS-Spiegel in kleinen Stückzahlen gefertigt werden. So kann ein Smart-3D-LiDAR entstehen, der stabil, sicher und kostengünstig arbeitet und es den Projektpartnern ermöglicht, schnell zu den internationalen Marktführern aufzuschließen.