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Lidars na CES

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Apesar do fato de a CES ser uma exposição de eletrônicos de consumo, os lidares e outros componentes dos carros robóticos se tornaram uma parte importante do que mostra. Pelo menos 43 empresas apresentaram seus lidares na CES, e algumas fontes afirmam que atualmente existem cerca de 150 empresas diferentes trabalhando nessa área. Se você olhar para os produtos dessas empresas, poderá ver que seus designs são surpreendentemente raramente repetidos - quase todos os dispositivos são feitos à sua maneira, e cada empresa acredita que sua abordagem tem uma chance de lhes trazer vitória.

As principais notícias desta CES foram a participação do lidar para máquinas robóticas da Bosch, crescimento da produtividade, lidares baratos de várias empresas e vários novos participantes apresentando suas opções de design.

As empresas Lidar buscam vencer em uma ou mais das seguintes categorias:

  1. O principal sucesso da empresa é o uso de seus lidares para um carro robótico completo
  2. Outras empresas procuram criar lidares para o "piloto automático", o que ajuda o motorista, embora alguns desses sistemas (por exemplo, em Tesla) não usem lidares.
  3. Dispositivos mais baratos, com alcance mais curto, que podem fornecer visibilidade para a navegação em baixas velocidades e para observação de objetos próximos ao carro que desapareceram do campo de visão do lidar principal.
  4. Algumas empresas confiam em bons negócios em outras áreas. Exemplos dessas áreas são robótica de baixa velocidade, reconhecimento de cidade inteligente e segurança.

Objetivos Lidar


Em particular, nas duas primeiras categorias, existem muitos métodos importantes de diferenciação, e todos esses métodos visam alcançar os seguintes objetivos:

  1. Preço: os táxis podem pagar sensores caros, mas para carros particulares eles podem não estar disponíveis. E todo mundo quer economizar, se houver essa oportunidade.
  2. Alcance: Para dirigir em uma rodovia, é necessário um alcance de 200 metros ou mais. Para lidares com comprimento de onda de 1550 nm, isso não é um problema, e os lidares com 905 nm ainda precisam ser desenvolvidos. De particular interesse são escuros e difíceis de detectar objetos, como pneus no asfalto.
  3. Confiabilidade: todos desejam que o dispositivo continue funcionando e permaneça calibrado em um ambiente automotivo severo com muitas vibrações. Muitos lidares iniciais tiveram problemas com isso.
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  5. : 360 . , . , .
  6. : , 10 , , , 20-30. .
  7. Funções especiais: medir a velocidade dos alvos, impedir interferências, capturar a cena inteira em um piscar de olhos - todos esses são recursos adicionais que podem ser vantagens do lidar.
  8. Tamanho: As dimensões menores e a facilidade de integração no carro são as vantagens do lidar, embora os primeiros usuários possam preferir sensores mais óbvios e compreensíveis, como dispositivos de 360 ​​graus montados no teto.
  9. Decodificação: inclui o melhor hardware para decodificar o sinal de retorno e sua conexão com um software especial que ajuda a interpretar a nuvem de pontos gerada.

Diferenças tecnológicas


Para atingir todos os objetivos acima, são necessários vários lidares. Eles podem variar em comprimento de onda, tipo de emissores e detectores, ótica e como eles direcionam os raios (se eles os direcionam) e como eles processam os sinais.

O comprimento de onda do laser é de grande importância. Operar a 1550 nm (infravermelho distante) permite usar com segurança muito mais energia para aumentar o alcance operacional. Além disso, essa tecnologia é bastante cara, pois não podemos usar microcircuitos de silicone baratos. A seguinte relação funciona no curto espectro infravermelho: quanto menor a onda, maior a eficiência dos microcircuitos de silício, mas maior a luz solar do ambiente. Nessas faixas, é difícil conseguir o reconhecimento de alvos escuros complexos a uma grande distância, mas muitos fabricantes afirmam que podem lidar com isso. Reconhecer objetos como retrorrefletores (refletores que podem ser vistos nas placas de sinalização e nas faixas) é fácil, mas carros, roupas e pneus pretos são uma história diferente.

Além disso, os dispositivos diferem em seus métodos de controle de feixe. Alguns lidares, especialmente modelos antigos e de 360 ​​graus, simplesmente rodam todo o lidar em um círculo. Você pode ver muitos dispositivos com um pequeno espelho que pode vibrar (geralmente em duas dimensões) para direcionar os raios. Outra abordagem popular é o uso de sistemas microeletromecânicos que podem ser incorporados ao chip (geralmente chamados de fixos, mas possuem pequenos componentes móveis).

Essas abordagens de circuito de estado sólido incluem controle de arranjo em fases (geralmente encontrado em radares) e controle baseado em frequência (usando um laser cuja frequência pode ser alterada rapidamente e um prisma que define a direção da mudança de luz com base em sua frequência).

O novo participante do mercado, Bajara, usa esse método para controlar em uma direção. Há rumores de que o Strobe comprado pela Cruise também use esse método.

Os lidares do flash não digitalizam. Em vez disso, eles têm um número muito grande de sensores (e possivelmente emissores) instalados para capturar a cena inteira de uma só vez. É muito caro e também é difícil obter um alcance de visualização alto, pois um flash requer uma tremenda potência. Graças a matrizes baratas de lasers de radiação vertical, novas empresas como a Sense Photonics esperam vencer com essa abordagem, embora, atualmente, elas não possam fornecer uma faixa de visualização suficiente para dirigir na estrada.

Essas abordagens de estado sólido estão em demanda, pois acredita-se que elas serão as mais confiáveis ​​em condições automotivas adversas. Peças móveis grandes são mais difíceis de manter e calibrar. No entanto, como você pode imaginar, agora cada fornecedor insiste em que seus produtos são confiáveis ​​e não exigirão substituição ou manutenção frequente, e esses são os requisitos dos fabricantes de automóveis. Os táxis robóticos que retornam à frota todas as noites só podem aceitar dispositivos menos confiáveis ​​se oferecerem outros benefícios significativos.

Bosch


O mais comentado sobre o novato no programa foi Bosch. Embora tenham declarado que lançariam seu novo lidar na CES, se afastaram e não revelaram detalhes, exceto que o lidar terá um alcance alto e seu preço será apropriado para o mercado de tecnologia de assistência ao motorista. (Como regra, no mercado de assistência ao motorista, são necessários sensores que custam significativamente menos de US $ 1000, pois ninguém deseja adicionar milhares de dólares ao preço do carro vendido. Sensores mais caros também são adequados para o mercado de táxi, uma vez que esse preço é distribuído entre os passageiros - alguns centavos por milha).

As pessoas prestam atenção na Bosch, pois esta empresa é um dos principais fornecedores mundiais de componentes automotivos de nível superior. Ninguém tem uma entrada melhor no mercado dos fabricantes de automóveis, e todo mundo conhece bem essa empresa e confia nela. Essa é uma vantagem significativa sobre pequenas e pouco conhecidas startups. Se a Bosch criar um lidar decente, é provável que supere os lidares de pequenas empresas. Segundo os funcionários da Bosch, eles estudaram todos os fornecedores de lidares do mercado, na esperança de encontrar o que podem comprar ou firmar um contrato de parceria. Eles descobriram que faltava algo para todas as abordagens e decidiram criar um lidar por conta própria. Eles alegam que seu design não é idêntico a nenhum dos já apresentados, mesmo levando em consideração toda a diversidade. A alegação de que eles não encontraram uma única empresa,que poderia ser adquirido pode ser devido aos requisitos muito altos que as empresas apresentam no campo de carros robóticos.

Teremos que esperar para descobrir mais sobre o dispositivo que a Bosch está construindo.

Foco na assistência ao motorista


Outro tópico do show foi o chamado "inverno dos carros-robô" - algumas empresas disseram que estavam voltando ao trabalho em tecnologias de assistência ao motorista. Enquanto o entusiasmo mais antigo dizia respeito ao uso de lidares em carros e táxis totalmente robóticos, a maioria das empresas acredita que mais vendas virão do mercado para lidares mais simples e baratos, com o objetivo de criar um concorrente para o piloto automático da Tesla (que não usa lidares, mas cai em alguns acidentes que poderiam ter sido evitados com sua ajuda).

De fato, as montadoras venderão muitos sistemas de assistência ao motorista antes de venderem aos usuários finais carros autônomos totalmente funcionais. O último é especialmente difícil, porque os usuários não gostam de carros que funcionam apenas em determinados lugares e não trazem o carro de volta à loja todos os dias para aperfeiçoamento (ou seja, como os robôs funcionarão). Um produto como o piloto automático da Tesla se tornou um recurso obrigatório para carros de luxo (a Tesla vende apenas esses). Os Lidars podem tornar esse produto mais seguro e mais rápido (se eles caírem na faixa de preço). Nem todo OEM está pronto para criar esses sistemas (ou sistemas mais avançados que permitem ao motorista ignorar a estrada enquanto dirige) sem lidares.

Preços mais baixos


Quase todas as empresas prevêem que, após o início da ampla produção, seus lidares custarão menos de US $ 1.000. O preço médio dos lidares de 1550 nm é de 500 a 1000 $. A 905 nm - de 200 a 300. Os fornecedores chineses estão promovendo o baixo custo de sua produção, pois serão os primeiros a definir esses preços. Um dos jogadores mais impressionantes foi o Livox - eles ofereceram seus lidares a preços variando de US $ 600 a US $ 1.200.

Apesar de todas as empresas precisarem prometer preços baixos, muitas parecem estar confiantes em suas estimativas, o que significa que podemos ter certeza de que os lidares de baixo custo de um dos fornecedores estarão disponíveis por vários anos - a maioria das previsões sobre máquinas robóticas bem desse jeito. Isso é importante para a disputa entre câmeras e lidares, porque um dos principais argumentos a favor das câmeras foi o alto custo dos lidares. Jogadores que usam apenas câmeras (como Tesla) confiam na visão computacional para funcionar muito bem. Jogadores com lidares estão apostando no preço baixo de seus sensores. Muito provavelmente, uma aposta em lidares será jogada. Toda essa discussão está longe de ser simples, mas o custo é um componente importante. Pessoas como Elon Musk acreditam que os lidares não são necessários a qualquer preço e os chamam de muletas. Ao mesmo tempo,a visão computacional tem apenas uma perna até agora.

Retorno de velocidade


Algumas empresas se oferecem para fornecer medições da velocidade dos alvos em movimento usando lidares. Isso geralmente é feito usando o efeito Doppler, que pode ser calculado em dispositivos que usam ondas contínuas com modulação de frequência - é assim que a maioria dos radares automotivos funciona.

No ano passado, a Blackmore, uma empresa envolvida em radares modulados em frequência contínua, foi adquirida pela Aurora. Várias outras empresas independentes (como Aeva e outras) estão promovendo a mesma abordagem.

Saber o quão rápido o alvo está se movendo é muito útil. Se você usa um lidar tradicional, para determinar a velocidade do objeto, você precisa estudar alguns quadros. Isso pode levar a um atraso de 100 a 200 ms por quadro e, em seguida, a mesma quantidade de processamento. Isso pode fazer a diferença em situações críticas (como um obstáculo inesperado na estrada).

A Luminar, uma empresa líder no campo de lidar a 1550 nm, desenvolveu uma abordagem diferente. Eles enviam vários pulsos de laser para objetos de interesse a cada poucos milissegundos. Se você fizer isso com precisão, isso será suficiente para determinar a velocidade do objeto. Usando esta tecnologia (ou usando radares de onda contínua com modulação de frequência), é possível identificar um objeto parado em alguns milissegundos sem qualquer cálculo, em vez de gastar 400 ms usando a visão computacional ou lidares convencionais. Acidentes recentes de Tesla envolvendo colisões com carros estacionados na pista esquerda mostram o quão importante é essa tecnologia de reconhecimento.

Quem ganhou?


Cada empresa tem sua própria história sobre como chegará à vitória. Aqui estão os fatores que determinam o vencedor:

  1. 1550 , .
  2. ( ) .
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  4. OEM- ( Bosch) .
  5. , . , , , .
  6. ( ) , 360 , .
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Nos próximos meses, haverá novos tópicos para falar sobre lidares. Incluindo questões como a criação de um banco de dados contendo informações sobre todos os principais fornecedores de lidares e um estudo mais aprofundado do confronto entre lidares e pura visão computacional.

imagemSobre o autor: Brad Templeton é engenheiro de software, evangelista de carros robóticos desde 2007 e trabalhou no Google nos primeiros anos. Fundador da ClariNet , presidente honorário da Electronic Frontier Foundation e diretor do Foresight Institute , fundador do corpo docente da Singularity University .


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