SoundVision - An ultrasonic 3D distance sensor for autonomous robots

I SoundVision skal Sonair AS utvikle et nytt produkt, en 3D-avstandssensor som gir autonome roboter 180-graders dybdeinformasjon om omgivelsene. Autonome roboter er et stort og voksende marked. For roboter som samhandler med mennesker er det kritisk og muliggjørende at roboten har pålitelig kontroll over omgivelsene i alle mulige bevegelsesretninger. Vår sensor vil gjøre det mulig å utvikle kostnadseffektive autonome roboter som trygt kan jobbe sammen med mennesker eller plasseres i nærheten av mennesker. Vi kaller denne nye sensortypen ADAR™ (Acoustic Detection And Ranging). ADAR™ har blitt gjort mulig ved å bruke MEMS (Micro Electro-Mechanical System)-baserte ultralydtransdusere. I luft er kommersielle ultralydtransdusere for store til å oppnå den nødvendige matriseavstanden på en halv bølgelengde. SINTEF har det siste tiåret jobbet med å skalere ned ultralydtransdusere ved å bruke MEMS-teknologi kalt PMUT (Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer), som gir sammenlignbar ytelse med kommersielle bulkenheter men har 1/10 av størrelsen. Metoden for å lage 3D dybdeinformasjon kalles software beamforming. Beamforming er grunnlaget i SONAR og RADAR (RAdio Detection And Ranging), så vel som i medisinsk ultralydavbildning. Beamforming er å styre signalene som mottas og/eller sendes på/fra en gruppe inn i en bestemt retning eller plassering. På denne måten vil sensorsystemet gi 3D-informasjon i sanntid. Ny utvikling i maskinvare tillater beamforming av mottatte signaler via programvare; software beamforming. Innovasjonen er å kombinere tilpassede PMUT-er, banebrytende software beamforming og algoritmer for objekt-gjenkjenning. Omnidireksjonell 3D informasjon om objekter er tilgjengelig ved ganske enkelt å overføre lyd og lytte.

In SoundVision, Sonair AS will develop a new product, a 3D distance sensor type that provides autonomous robots with omnidirectional depth perception to understand its surroundings. Mobile robots constitutes a huge and growing market. For robots that interact with humans, it is critical and enabling that the robot has reliable control of its surroundings in all possible directions of movement. Our sensor will make it possible to develop cost-effective autonomous robots that can safely work alongside humans or be positioned in close proximity to humans. We call this new sensor type ADAR™ (Acoustic Detection And Ranging). ADAR™ has only recently become possible to realize using MEMS (Micro Electro-Mechanical System)-based ultrasound transducers. In air, commercial ultrasound transducers are too large to obtain the fundamental half-wavelength element spacing needed. SINTEF has over the last decade worked to scale down ultrasound transducers by using a MEMS technology called PMUT (Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer), which show comparable performance to commercial bulk devices at 1/10 the size. The imaging method is called software beamforming. Beamforming is the backbone processing of SONAR and RADAR (RAdio Detection And Ranging), as well as in medical ultrasound imaging. Beamforming is to steer the signals received and/or transmitted on/from an array into a certain direction or location. In this way, the sensor system will provide 3D information in real-time. Recent hardware developments have allowed the implementation of beamforming on received signals as a post-processing method; software beamforming. The innovation is to combine wavelength matched PMUTs, cutting-edge software beamforming and object recognition algorithms, because 3D spatial information is available by simply transmitting sound and listening.