👨‍👨‍👦‍👦 🧖🏾 👂🏿 Lidars of the Future: 11000 ليزر بدلاً من 128 🏬 👠 🔜

مبدأ تشغيل أجهزة استشعار الليدار هو عكس ضوء الليزر من الأجسام المحيطة وإنشاء سحابة ثلاثية الأبعاد من النقاط. تم إنشاء أول ليدار ثلاثي الأبعاد حديث لتحدي DARPA Grand Challenge لعام 2005 ، وهو المنافسة الرئيسية بين المركبات غير المأهولة. في الوقت الحاضر ، يواصل العديد من الخبراء اعتبار lidars كتقنية أساسية للمركبات غير المأهولة.

كان ليدار الأصلي لعام 2005 ، الذي أنشأته Velodyne ، يحتوي على مجموعة رأسية من 64 ليزر تدور 360 درجة ، ويجب أن يتم محاذاة كل ليزر في الصفيف بعناية مع كاشف مناسب. وقد أدى هذا التعقيد إلى وصول السعر إلى 75000 دولار ، واليوم ، لا يزال سعر Lidars الراقي يكلف عشرات الآلاف من الدولارات.

تحاول العشرات من الشركات الناشئة الآن إنشاء أغطية أرخص. يحاول العديد منهم تقليل السعر باستخدام شعاع ليزر واحد ، يتم مسحه ضوئيًا في نموذج من إحداثيين.

ومع ذلك ، فإن شركات الليدار الأخرى تتحرك في اتجاه مختلف: فهي تبني ليدار مع الآلاف من أشعة الليزر. تبيع شركة Sense Lidars بـ 11000 ليزر مقابل 3000 دولار. تعمل شركة أخرى تسمى Ibeo على lidar مع أكثر من 10000 ليزر.

للتوضيح ، نلاحظ أن Ibeo lidar الجديد لم يتم إصداره بعد ، وبالتالي لا نعرف مدى جودة عمله ، وأداء Sense lidar بعيد عن أداء أفضل Velodyne lidar. يتراوح نطاق ليدار الحسي من 15 إلى 40 مترًا ، بينما تعمل بعض طرازات Velodyne على مسافة 200 متر.

ومع ذلك ، يقول الرئيس التنفيذي لشركة Sense Scott Burroughs أن شركتهم بدأت للتو. تعمل شركة Sense على مستشعر جديد بمدى 200 متر ، ومن المقرر أن يصدر العام المقبل. من المخطط أن يتمكن هذا النموذج من المنافسة مع قادة السوق. وبالمقابل ، تتمتع إبيو بعلاقات عميقة مع صناعة السيارات ، مما يسمح للشركة بالدخول في معاملات كبيرة مع شركات صناعة السيارات الشريكة.

طباعة النقل الصغري

يستخدم كل من Sense و Ibeo نوعًا غير مكلف من الليزر - ليزر VCSEL. يمكن تصنيع هذه الليزرات باستخدام تقنية أشباه الموصلات التقليدية ، والتي تسمح لك بوضع آلاف أو حتى ملايين الأجهزة على رقاقة واحدة. تحدثنا في وقت سابق عن شركة ناشئة أخرى تسمى Ouster ، يعتمد ليدارها على VCSEL.

يحتوي Lense Lidar على ليزرات أكثر بكثير من Lidar Ouster. لتحقيق ذلك ، يستخدم Sense تقنية تسمى طباعة النقل الدقيق .

إن وضع عدة آلاف من VCSELs على شريحة واحدة ليس بالأمر الصعب. ولكن عند صنع شريحة بها 11000 ليزر مكتظة ، قد تواجه مشاكل. يمكن لهذه الليزرات في مثل هذه الكمية على مساحة صغيرة أن تولد كمية كبيرة من الحرارة. قد تكون لديك أيضًا مشاكل تتعلق بسلامة العين. تعمل أشعة الليزر الرأسية بترددات يمكن أن تتلف الشبكية ، ويمكن أن تتسبب 11000 ليزر تستهدف العين البشرية في إصابات دائمة.

لدى Sense حل ذكي لهذه المشكلة: توزيع الليزر. بعد تثبيت الآلاف من أشعة الليزر بإشعاع رأسي على لوحة زرنيخ الغاليوم ، تقوم Sense بنقلها إلى طبقة سيراميك موصلة للحرارة جديدة ، مما يقلل من كثافة تركيب الليزر.

عند هذه النقطة ، تدخل طباعة النقل الدقيق حيز التنفيذ. تستخدم هذه التقنية ختمًا مطاطيًا ، في الجزء السفلي منه عبارة عن شبكة ذات نتوءات مطاطية. عندما يلمس أحد النتوءات الليزر بإشعاع رأسي ، يمكنه رفعه بمساعدة الكهرباء الساكنة.

يتم ترتيب النتوءات بحيث يتم رفع واحدة من كل شريحة n (تحسب أفقياً ورأسياً) من اللوحة الأصلية وتوضع على ركيزة جديدة. بعد ذلك ، يجمع الختم مجموعة من الرقائق من الفتحات التالية لليدار التالي. وبالتالي ، يمكن أن تشكل رقاقة سيليكون واحدة مجموعات من 11000 ليزر للعديد من الجفون.

يسعى Sense لزيادة نطاق ليدارته

بدلاً من مسح المشهد بالتسلسل (كما يفعل معظم lidars) ، تستخدم Lidars Lense 11000 ليزر لإضاءة المشهد بأكمله في ومضة واحدة ، وبعد ذلك يقيس المستشعر الوقت الذي تستغرقه الإضاءة الخلفية للانعكاس من جميع الاتجاهات.

كقاعدة عامة ، تحتوي الأضواء الوامضة على نطاق قصير ، لأن إضاءة المشهد بأكمله تؤدي إلى فقدان الضوء في الفراغات بين البكسل. في الجوهر ، تحل Sense هذه المشكلة عن طريق القوة الغاشمة باستخدام كمية كبيرة من الضوء لإضاءة المشهد. يساعد توزيع أشعة الليزر على التكيف مع الحرارة المتولدة والضرر الذي يلحق بعيون الإنسان - وهي مشاكل يمكن أن تنشأ مع مثل هذا النهج.

ومع ذلك ، يشير الرئيس التنفيذي لشركة Ouster Angus Pascala إلى أن نهج Sense له عيب كبير: استهلاك الطاقة العالي. "المزيد من الكهرباء ، والمزيد من أجهزة الاستشعار" - تعليق Angus لآرس. "كلما كبرت أجهزة الاستشعار ، زاد السعر وزاد تعقيد التكامل".

على الرغم من حقيقة أن منتجات Sense الحالية تستهلك طاقة أكثر من lidars من الشركات الرائدة ، إلا أن نطاقها أقصر. أيضًا ، يدور Lidars من Ouster و Velodyne 360 درجة ، بينما ستحتاج إلى العديد من Lidars من أجل الحصول على طلاء مماثل.

تخطط بوروز لإطلاق ليدار بمدى 200 متر في عام 2021. سيحتوي هذا الليدار على أكثر من 11000 ليزر ، على الرغم من أن الرقم الدقيق لا يزال غير معروف. سيكون الهدف الرئيسي هو تحقيق مدى أطول دون زيادة كبيرة في استهلاك الطاقة.

تأتي الثنائيات الجليدية للفوتون الواحد في الموضة

أحد الحلول لهذه المشكلة هو استخدام مجموعة من الثنائيات الانهيارات أحادية الفوتون (SPAD) للكشف عن أشعة الليزر المنعكسة في الجيل الجديد من أجهزة استشعار الليدار. هذا تشابه آخر مع Lidars Ouster التي تستخدم SPAD. في مقابلة مع Ars Technica في 2018 ، قال باكالا أن استراتيجيته طويلة المدى هي استخدام صفائف ثنائية الأبعاد من أشعة الليزر وأجهزة الاستشعار الإشعاعية على الثنائيات الانهيارات أحادية الفوتون ، والتي ستخلق lidars تعمل مثل الكاميرات - وهو منتج تخطط Sense لتقديمه في العام المقبل.

كما يوحي الاسم ، تكون أجهزة الاستشعار الموجودة على الثنائيات الانهيارية للفوتون الواحد حساسة بما يكفي للكشف عن فوتون واحد. مثل الليزر مع الإشعاع الرأسي ، يمكن تصنيعها باستخدام تقنية السيليكون التقليدية ، والتي تسمح لها بأن تكون رخيصة من حيث القياس. يمكن أن تساعد الحساسية الأكبر لهذه المستشعرات Sense في تحقيق نطاق أكبر لمقدار ضوء الليزر المتاح.

ومن المثير للاهتمام أن إيبيو تخطط أيضًا لاستخدام الثنائيات الانهيارات أحادية الفوتون في الجيل القادم من ليدار.

Ibeo ليست شركة ناشئة. شارك بعض من ليدارهم في التحدي الكبير لـ DARPA لعام 2005 ، على الرغم من أن مشاركة الشركة تم تجاهلها لأن ليدارهم لم يكن لديهم سوى 4 خطوط مسح ، بينما كان لدى Velodyne lidars 64. قام Ibeo بانقلاب كبير قبل عدة سنوات عندما تلقوا عقد ليدار أودي هو المرة الأولى التي يتم فيها تركيب ليدار في سيارات الإنتاج. المساهم الأقلية لشركة Ibeo هو ZF Friedrichshafen ، مما يساعدهم على إبرام المزيد من العقود لتزويد أجهزة الاستشعار للسيارات.

في مقابلة أجريت يوم الخميس ، قال Ibeo COO Mario Bramm لـ Ars أن الجيل القادم من Lidar من Ibeo يجب أن يخرج في وقت لاحق من هذا العام وسيكون به صفائف من أشعة الليزر الرأسية وثنائيات أفالانش أحادية الفوتون من البعد 128 × 80. يسعى Ibeo جاهداً لتصميم وحدات. مما سيسمح للشركة باستخدام البصريات المختلفة لإنشاء مجموعة من النماذج ذات القدرات المختلفة - من lidars طويلة المدى بزاوية عرض صغيرة إلى lidars ذات زاوية واسعة مع نطاق أقصر. يريد إيبيو أن يجعل هذه الأغطية رخيصة بما يكفي لبيعها لمخاوف السيارات من الإنتاج الضخم من أواخر عام 2022 أو أوائل عام 2023.

السؤال الواضح هو كيف سيحل Ibeo مشاكل درجة الحرارة وسلامة العين التي تحلها Sense باستخدام طباعة النقل الدقيق. أحد الحلول هو استخدام الثنائيات الجليدية أحادية الفوتون شديدة الحساسية ، بحيث يمكن لـ Ibeo تقليل طاقة خرج الليزر بما يكفي لتجنب مشاكل الطاقة والخطر على عيون الإنسان. الحل الآخر هو استخدام اتصال مباشر بين كل ليزر وجهاز استشعار ، مما يقلل من عدد الفوتونات "المفقودة". خلال حديثنا ، قال برام إن الطاقة المنخفضة هي أولوية للعملاء الذين يمثلون سوق السيارات.

من ناحية أخرى ، قد يتبين أن هذا النهج يصعب تنفيذه بدون تقنية طباعة النقل الدقيق التي تستخدمها Sense ، بينما سيحاول Ibeo و Ouster إنشاء lidars الحالة الصلبة بدونها.

تصحيح: ذكرت في البداية أن أشعة الليزر العمودية التي تستخدمها شركة Sense مصنوعة من السيليكون - في الواقع أنها تستند إلى زرنيخيد الغاليوم.

حول ITELMA

- automotive . 2500 , 650 .

, , . ( 30, ), -, -, - (DSP-) .

, . , , , . , automotive. , , .

اقرأ المزيد من المقالات المفيدة:

Lidars of the Future: 11000 ليزر بدلاً من 128

طباعة النقل الصغري

يسعى Sense لزيادة نطاق ليدارته

تأتي الثنائيات الجليدية للفوتون الواحد في الموضة

More articles: