Un nuovo modo per migliorare le celle solari può migliorare i sistemi di prevenzione delle collisioni delle auto a guida autonoma

Quando un team di ingegneri è andato a lavorare nel 2015 alla ricerca di una nuova tecnica per aumentare l’efficacia in termini di costi delle celle solari, non si sono resi conto che avrebbero finito con un bonus, un modo per aiutare a migliorare i sistemi di prevenzione delle collisioni della guida autonoma macchine.

Ma questo è esattamente quello che è successo, come spiegano gli ingegneri, James Harris e lo studente laureato Kai Zang in un recente Comunicazioni sulla natura articolo.

Le scoperte gemelle sono iniziate, dicono, quando hanno iniziato a cercare una soluzione a un problema ben noto nel mondo delle celle solari. Le celle solari catturano i fotoni dalla luce solare per convertirli in elettricità. Più spesso è lo strato di silicio nella cella, più luce può assorbire e più elettricità può produrre. Ma l’assoluta spesa del silicio è diventata un ostacolo all’efficacia dei costi dell’energia solare.

Quindi gli ingegneri di Stanford hanno capito come creare uno strato molto sottile di silicio in grado di assorbire tanti fotoni quanto uno strato molto più spesso del materiale costoso. In particolare, invece di stendere il silicio in piano, hanno nanostrutturato la superficie del silicio in modo da creare maggiori opportunità per l’assorbimento delle particelle di luce. La loro tecnica ha aumentato i tassi di assorbimento dei fotoni per le celle solari nanostrutturate rispetto alle tradizionali celle di silicio sottile, rendendo più conveniente l’uso del materiale.

Poi è arrivata la sorpresa. Dopo che i ricercatori hanno condiviso questi dati sull’efficienza, gli ingegneri che lavorano sui veicoli autonomi hanno iniziato a chiedersi se questa tecnica di texturing potesse aiutarli a ottenere risultati più accurati da una tecnologia di prevenzione delle collisioni chiamata LIDAR, che è concettualmente come un sonar tranne per il fatto che utilizza la luce anziché le onde sonore per rilevare oggetti nel percorso di marcia dell’auto.

LIDAR funziona inviando impulsi laser e calcolando il tempo impiegato dai fotoni per rimbalzare. Gli ingegneri delle auto a guida autonoma hanno capito che gli attuali rilevatori di fotoni utilizzano spessi strati di silicio per assicurarsi di catturare un numero sufficiente di fotoni per mappare accuratamente il terreno davanti a sé. Si chiedevano se la texturizzazione di un sottile strato di silicio, proprio come sulle celle solari, avrebbe portato a mappe più accurate rispetto all’attuale sottile silicio.

In effetti, nel loro nuovo articolo, gli ingegneri di Stanford riferiscono che il loro silicio strutturato può catturare da tre a sei volte più fotoni di ritorno rispetto ai ricevitori LIDAR di oggi. Ritengono che ciò consentirà agli ingegneri di auto a guida autonoma di progettare sistemi LIDAR di nuova generazione ad alte prestazioni che invieranno continuamente un singolo impulso laser in tutte le direzioni. I fotoni riflessi verrebbero catturati da una serie di rilevatori di silicio strutturato, creando mappe momento per momento degli attraversamenti pedonali della città.

Harris ha affermato che la tecnologia di texturizzazione potrebbe anche aiutare a risolvere altri due problemi LIDAR unici per le auto a guida autonoma, potenziali distorsioni causate dal calore e dall’equivalente macchina della visione periferica.

Il problema del calore si verifica perché l’apparato laser LIDAR può surriscaldarsi durante l’uso prolungato, provocando un leggero spostamento delle lunghezze d’onda dei fotoni. Tali spostamenti potrebbero far rimbalzare le particelle di luce sul silicio tradizionale che è fatto per assorbire lunghezze d’onda specifiche. Ma la tecnologia di nanostrutturazione di Stanford può assorbire fotoni su un ampio spettro, eliminando questo problema di spostamento del calore.

Per quanto riguarda l’equivalente macchina della visione periferica, Harris e Zang ritengono che potrebbe essere possibile realizzare una versione flessibile del loro recettore di silicio nanostrutturato. La flessibilità consentirebbe loro di curvare il recettore. Tra questo e il vantaggio di intrappolamento della luce della loro superficie nanostrutturata, pensano che potrebbe essere possibile per i sistemi LIDAR aumentare l’angolo di accettazione per i fotoni, al fine di identificare più completamente tutti i potenziali ostacoli.

Harris ha detto di aver sempre pensato che la tecnica di texturing di Zang fosse un buon modo per migliorare le celle solari. “Ma l’enorme aumento dei veicoli autonomi e LIDAR ha improvvisamente reso questo 100 volte più importante”, afferma.