▲ ’젤레나 부코빅(Jelena Vuckovic)‘ 교수팀은 소형 칩에 라이더의 기능을 구현한 ‘라이더 온 칩(Lidar-On-A-Chip)’ 기술을 개발하고 있다. (사진=스탠포드 공대 블로그)

라이더(lidar·light detection and ranging)는 자율주행 자동차나 자율주행 로봇에 필요한 핵심 센서 가운데 하나다. 라이더는 360도 회전하면서 적외선 레이저를 쏘는 복잡한 기계적 구조를 하고 있다. 경찰차 지붕에 붙어 있는 경광등처럼 자율주행차나 자율주행 로봇의 상단에 주로 설치된다. 하지만 가격이 8천~3만 달러에 달하는 고가 부품인데다 크기도 작지 않아 자동차나 로봇을 설계하는데 부담스러운 요인이 되기도 한다.

스탠포드대 공대 블로그에 따르면 ’젤레나 부코빅(Jelena Vuckovic)‘ 교수팀은 소형 실리콘칩에 라이더의 기능을 구현한 ‘라이더 온 칩(Lidar-On-A-Chip)’ 기술을 개발하고 있다. 연구팀은 대량 생산시 수백달러 수준까지 가격을 낮출 수 있는 라이더 온 칩 기술 개발에 힘을 쏟고 있다.

연구팀은 라이더 온 칩 기술 개발을 위해 적외선 레이저에 투명한 실리콘 재료를 활용하고 있다. 마치 태양광선이 유리를 통과하는 것처럼 실리콘은 적외선 레이저 광선을 통과한다. 전문 저널인 ‘네이처 포토닉스(Nature Photonics)‘에 게재한 논문에서 연구팀은 적외선 투명성을 제어하고, 광자의 힘을 이용하기 위해 실리콘을 어떻게 구조화할 것인지에 관해 기술했다.

▲ 젤레나 부코빅 교수

연구팀은 ’역설계(inverse design)’라는 프로세스를 활용했다. 부코빅 교수는 10여년간 역설계 분야를 선도해왔다. 역설계는 레이저빔이 발사되고 물체에 반사되는 기능을 구현하기 위해 실제적인 광자회로를 설계할 수 있는 강력한 알고리즘에 의존한다. 레이저광이 발사되고 물체에 반사돼 돌아오는 시간차를 분석해 장애물이나 사물의 존재를 인식하게 된다.

연구팀은 스탠포드대 나노제조 시설에서 제조할 수 있는 라이더 온 칩의 프로토타입 회로 설계작업을 지난 2년 동안 진행해왔다. 이 과정에 박사후 연구원인 양기열과 박사과정생인 진히 스카다(Jinhie Skarda)가 핵심적인 역할을 했다.

연구팀은 칩에 거리 측정 메카니즘을 구현할 수 있는 기술을 구현한데 이어 고가의 기계적인 부품 없이도 레이저빔을 360도로 쏠 수 있는 기술을 개발하고 있다. 부코빅 교수는 “우리는 대규모 라이더 온 칩 시장을 창출하기 위한 궤적 위에 있다”며 저가 라이더 온 칩 기술 연구에 의욕을 나타냈다.