Fotonica integrata: dai veicoli autonomi alla comunicazione quantistica
Si prevede che mezzo miliardo di nuove automobili circolerà sulle strade di tutto il mondo entro il 2040, e saranno veicoli sempre più autonomi. La sostituzione di parte dell’elettronica con la fotonica potrebbe migliorare la risoluzione dei sensori, aprendo nuove possibilità per i componenti e i sistemi di bordo. Al contempo, potrebbe consentire una riduzione delle dimensioni, del peso e del consumo energetico. Di conseguenza, la fotonica integrata e l’optoelettronica ibrida saranno fattori abilitanti chiave per le future generazioni di veicoli autonomi, dalle automobili ai droni. Gli strumenti di progettazione odierni si rivolgono per lo più all’elettronica o alla fotonica, con la conseguente perdita di tutti gli effetti optoelettronici a livello di interfaccia. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto DRIVE-In ha fornito strumenti di progettazione, e non solo, tramite la preparazione di ricercatori all’inizio della carriera nella fotonica integrata per l’intera catena del valore.
La prossima generazione di componenti fotonici
La terza generazione di componenti fotonici, attualmente in fase di sviluppo, sarà rivolta a prodotti e tecnologie integrati di maggior valore. Supporteranno l’acquisizione e la visualizzazione di informazioni ambientali come radar, visori e visori notturni, consentendo la sicurezza attiva. Secondo il coordinatore del progetto Francisco Javier Diaz Otero dell’Università di Vigo: «Si prevede che i circuiti fotonici integrati saranno gli unici fattori abilitanti di mappatura 3D tramite la tecnica di rilevamento e distanza della luce (LIDAR), 13 diverse telecamere, sensori a fotodiodi per il rilevamento della pioggia e della luminosità, head-up display per informazioni cruciali sulla sicurezza, sistemi di illuminazione anteriore adattivi e sistemi di comunicazione interna e applicazioni multimediali. DRIVE-In si è rivolto agli elementi e ai componenti chiave di questi ultimi.»
Quattro ricercatori all’inizio della carriera, una marea di risultati tecnici e commerciali
DRIVE-In ha fornito le basi scientifiche e l’esperienza di sviluppo industriale nel campo pionieristico della simulazione, della progettazione e della modellazione del software e dell’hardware dei circuiti fotonici integrati. I suoi ricercatori hanno colmato una lacuna fondamentale con un nuovo modello per la simulazione dell’interfaccia ibrida fotonica-elettronica, compatibile con i software di simulazione commerciali esistenti. I ricercatori all’inizio della carriera hanno anche sviluppato nuovi componenti per applicazioni automobilistiche, tra cui nuovi laser. Inoltre, «è stato simulato, progettato, fabbricato e testato in diversi ambienti automobilistici un sistema LIDAR passivo completo basato su un approccio innovativo che prevede l’uso di accoppiatori a reticolo inclinati e a strisce. Le sue prestazioni sono paragonabili a quelle dei sistemi esistenti, che sono più grandi, più pesanti o più dispendiosi dal punto di vista energetico», osserva Diaz. Gli sviluppi del settore automobilistico hanno trovato applicazione in altri settori. «I reticoli, i laser e i fotorivelatori del nostro dispositivo LIDAR sono stati utilizzati nelle comunicazioni ottiche e quantistiche ed è stato progettato un emettitore quantistico a singolo fotone. Questo ha prodotto risultati interessanti quando è stato applicato ai circuiti di distribuzione a chiave quantistica», aggiunge Diaz. Infine, sono stati ottenuti diversi brevetti e nel 2022 è stata fondata una spin-off, SPARC, come fonderia che produrrà diversi dispositivi fotonici III-V basati sui semiconduttori. Il piano aziendale e il modello commerciale hanno attirato diversi investitori e autorità pubbliche spagnole. L’operatività commerciale è prevista per il 2026.
Promuovere l’innovazione nella fotonica europea
Nonostante la pandemia da COVID-19 e le chiusure delle fonderie, la formazione e le riunioni online a essa conseguenti, DRIVE-In ha raggiunto con successo i suoi obiettivi. Oltre ai risultati tecnici e commerciali, ha prodotto ricercatori con eccellenti competenze trasferibili e la capacità di trasformare idee astratte e stimolanti in risultati pratici e influenti. Tutti i ricercatori all’inizio della carriera sono stati assunti da organizzazioni di ricerca e tecnologia o da aziende tecnologiche subito dopo la conclusione del progetto. Come riassume Diaz: «il progetto ha creato una rete attiva e a lungo termine di giovani ricercatori. I loro contatti personali e la loro esperienza aiuteranno l’Europa a plasmare il futuro della ricerca nella fotonica integrata.»
Parole chiave
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