Selusin perusahaan terkemuka sedang mencoba untuk membuat Lidar yang kuat dan murah

Lidar sangat penting untuk robot mobil - dan ini adalah cara kerja beberapa sensor terkemuka

Lidar , atau radar cahaya, adalah teknologi yang sangat penting untuk membuat robot mobil. Sensor memberi komputer titik awan tiga dimensi yang menunjukkan ruang di sekitar mobil, dan konsepnya membantu tim memenangkan DARPA Urban Challenge 2007. Sejak itu, sistem LIDAR telah menjadi standar untuk robomobiles.

Dalam beberapa tahun terakhir, puluhan startup telah dibuat yang bekerja dengan kapten dan bersaing dengan pemimpin industri Velodyne. Semuanya menjanjikan harga yang lebih masuk akal dan meningkatkan efisiensi kerja. Pada tahun 2018, majalah Ars telah membuat pilihan tren utama dalam industri Lidar, dan menjelaskan mengapa para ahli mengharapkan perbaikan dan sistem yang lebih murah muncul dalam beberapa tahun mendatang. Tidak ada rincian tentang perusahaan itu sendiri dalam artikel itu, terutama karena mereka menyimpan informasi tentang rahasia teknologi mereka.

Tetapi selama setahun terakhir saya telah menerima aliran iklan terus menerus yang datang dari para pengembang Lidar, dan mengobrol dengan sejumlah besar perwakilan mereka. Ars berhubungan dengan direktur setidaknya delapan dari perusahaan-perusahaan ini, serta perusahaan analisis industri atau klien mereka. Semua komunikasi ini memungkinkan kami untuk membentuk gagasan yang baik tidak hanya tentang tren di industri Lidar, tetapi juga tentang teknologi dan strategi bisnis masing-masing perusahaan.

Saat ini, ada tiga perbedaan utama antara kapten. Setelah menjelaskan fitur-fitur ini, akan lebih mudah untuk memahami teknologi sembilan perusahaan Lidar terkemuka.

Agar tidak mengembang artikel dengan sia-sia, kami menggambarkan perusahaan independen yang terutama bergerak di bidang sungkup. Karena itu, kami tidak akan menjelaskan teknologi lidar kami sendiri dari Waymo, startup yang bekerja dengan lidar yang GM dan Ford beli sendiri di tahun 2017, atau mencoba mengembangkan lidar dari perusahaan besar seperti Valeo (yang membuat lidar untuk model Audi 2018 dan 2019 A7 dan A8), Pioneer atau Continental. Sulit untuk mendapatkan perincian teknologi mereka dari perusahaan-perusahaan besar ini, tetapi bahkan tanpa mereka ada sesuatu untuk digambarkan.

Tiga faktor utama yang membedakan sitar satu sama lain

Ide dasar dari lidar adalah sederhana: sensor memancarkan sinar laser ke arah yang berbeda, dan menunggu pantulannya kembali. Kecepatan cahaya diketahui, dan waktu tempuh bolak-balik memberikan perkiraan jarak yang akurat.

Meskipun ide dasarnya sederhana, detailnya menyulitkan dengan sangat cepat. Setiap produsen lidar harus membuat tiga keputusan dasar: bagaimana mengarahkan laser ke arah yang berbeda, bagaimana mengukur waktu untuk pulang pergi, dan frekuensi cahaya apa yang digunakan. Kami akan mempertimbangkan masing-masing dari mereka secara bergantian.

Teknologi kontrol balok

Kebanyakan Larsar terkemuka menggunakan salah satu dari empat metode mengarahkan sinar laser ke arah yang berbeda (dua perusahaan, Baraja dan Cepton, dilaporkan menggunakan teknologi lain yang tidak mereka jelaskan):

• Memutar lidar. Velodyne menciptakan industri lidar modern pada tahun 2007 dengan memperkenalkan lidar yang menampung 64 laser secara vertikal, dan semua ini berputar dengan kecepatan beberapa putaran per detik. Sensor kelas atas dari Velodyne masih menggunakan teknologi ini, dan setidaknya salah satu pesaingnya, Ouster, telah melakukan hal yang sama. Keuntungan dari pendekatan ini adalah cakupan 360 derajat, tetapi para kritikus mengajukan pertanyaan tentang apakah mungkin untuk membuat lidar berputar yang murah dan andal yang cocok untuk pasar massal.
• Lidar pemindaian mekanis menggunakan cermin, mengarahkan sinar laser tunggal ke arah yang berbeda. Beberapa perusahaan menggunakan pendekatan yang disebut Microelectromechanical System (MEMS) untuk mengendalikan cermin.
• Antena array bertahap aktif menggunakan sejumlah emitor yang dapat mengubah arah sinar laser, menyesuaikan fase relatif sinyal antara pemancar yang berdekatan. Kami akan menjelaskan teknologi ini secara rinci di bagian Quanergy.
• Lidar berbasis flash menyoroti seluruh area sekaligus. Teknologi yang ada menggunakan satu laser sudut lebar. Teknologi ini mengalami kesulitan dengan jarak yang jauh, karena hanya sebagian kecil dari sinar laser yang mencapai titik mana pun. Setidaknya satu perusahaan, Ouster, berencana untuk membuat flash multi-laser, di mana akan ada array ribuan atau jutaan laser yang ditujukan ke arah yang berbeda.

Pengukuran jarak

Lidar mengukur waktu yang dibutuhkan cahaya untuk mencapai suatu objek dan memantulkannya. Ada tiga cara mudah untuk melakukan ini:

• Waktu perjalanan Lidar mengirimkan impuls pendek dan mengukur berapa banyak waktu akan berlalu sebelum memperbaiki impuls kembali.
• Frequency Modulated Continuous Lidar (LRCH). Ini mengirimkan sinar cahaya terus menerus yang frekuensinya terus berubah dari waktu ke waktu. Balok dibagi menjadi dua, dan salah satunya pergi ke dunia luar, dan kemudian, setelah kembali, bergabung dengan yang lain. Karena frekuensi pada sumber sinar bervariasi secara terus menerus, perbedaan dalam jalur kedua sinar dinyatakan dalam perbedaan frekuensi mereka. Hasilnya adalah gambar gangguan, frekuensi detak yang merupakan fungsi waktu dalam perjalanan (dan, akibatnya, jarak). Jalan ini mungkin terlihat rumit, tetapi memiliki beberapa keuntungan. Lidid NIDM tahan terhadap gangguan dari lidar lain atau dari Matahari. LIDAR NICHM juga dapat menggunakan pergeseran Doppler untuk mengukur kecepatan objek, dan bukan hanya jaraknya.
• Amplitude Modulated Continuous Lidar (NIAM) dapat dilihat sebagai kompromi antara dua opsi sebelumnya. Lidar seperti itu, seperti sensor sederhana yang mengukur waktu perjalanan, mengirimkan sinyal, dan kemudian mengukur waktu yang diperlukannya untuk merenung dan kembali. Tetapi jika sistem sederhana mengirim satu pulsa, NIAM lidar mengirimkan skema yang kompleks (aliran nol-acak digital nol dan satu). Para pendukung pendekatan mengatakan bahwa karena ini, NIAM lidar lebih tahan terhadap gangguan.

Panjang gelombang laser

Lidar yang dijelaskan dalam artikel ini menggunakan salah satu dari tiga panjang gelombang: 850, 905, atau 1550 nm.

Pilihan ini penting karena dua alasan. Salah satunya adalah keamanan mata. Cairan di dalam mata transparan terhadap cahaya dengan panjang gelombang 850 dan 905 nm, yang memungkinkan cahaya mencapai retina. Jika laser terlalu kuat, itu dapat menyebabkan kerusakan mata.

Di sisi lain, mata buram terhadap radiasi dengan panjang gelombang 1550 nm, yang memungkinkan lidar bekerja pada daya yang lebih tinggi tanpa merusak retina. Peningkatan daya memungkinkan Anda untuk meningkatkan jangkauan.

Jadi mengapa tidak semua orang menggunakan laser dengan panjang gelombang 1.550 nm di kapel? Detektor yang beroperasi pada frekuensi 850 dan 905 nm dapat dibuat berdasarkan teknologi silikon yang murah dan tersebar luas. Untuk membuat lidar dengan panjang gelombang 1550 nm, bahan eksotis dan mahal, seperti gallium indium arsenide, diperlukan.

Meskipun laser 1550 nm dapat beroperasi dengan daya yang lebih besar tanpa menyebabkan ancaman pada mata, tingkat daya seperti itu dapat menyebabkan masalah lain. Di CES di Las Vegas tahun ini, seorang pria mengumumkan bahwa laser berkekuatan 1550 nm yang kuat di lidar AEye telah merusak kameranya . Dan, tentu saja, laser dari daya yang lebih tinggi mengkonsumsi lebih banyak energi, yang mengurangi jangkauan dan efisiensi energi mesin.

Dengan semua ini, mari kita lihat sepuluh pengembang Lidar terkemuka.

Velodyne

Tiga produk Velodyne: Alpha Puck, Velarray dan Veladome

Kontrol balok : rotasi.

Pengukuran jarak : waktu tempuh.

Panjang gelombang : 905 nm

Velodyne menemukan lidar tiga dimensi modern lebih dari sepuluh tahun yang lalu, dan sejak itu mendominasi pasar ini. Karakteristik rotasi rotar perusahaan sering digunakan dalam kendaraan robot, dan perusahaan kemungkinan akan tetap menjadi pemimpin pasar pada tahun 2019. Namun, beberapa pengamat bertanya-tanya apakah perusahaan akan dapat mempertahankan posisi terdepan di tahun-tahun berikutnya.

Pada akhir 2017, 64-laser Velodne andalannya dijual dengan harga $ 75.000 . Velodyne memperkenalkan model baru dengan 128 laser, yang dikabarkan bahkan lebih mahal - $ 100.000.

Mengenai angka-angka ini, perwakilan Velodyne menjawab: "Kami tidak mengungkapkan biaya produksi, namun, harga yang diumumkan adalah khas untuk produk tunggal. Dalam pembelian skala mobil, harga jauh lebih rendah, dan kami secara aktif memasok produsen mobil dengan produk dengan harga murah. "

Velodyne juga menjual lidar lebih murah, termasuk mesin cuci 16-laser, yang tahun lalu dijual seharga $ 4.000. Velodyne juga menjual model yang solid, Velarray. Velodyne mengatakan itu adalah sistem dengan panjang gelombang 905 mm "dengan metode kontrol gesekan tanpa balok." Velodyne berharap bahwa secara massal model ini akan berakhir dengan biaya kurang dari $ 1.000. Namun, lidar ini tidak memberikan hasil presisi tinggi seperti model berputar dengan 64 dan 128 laser.

Beberapa kritikus mengklaim bahwa Velodyne mengalami kesulitan dalam pembuatan dan kualitas produk.

"Sensor lidar bergerak yang halus, yang merupakan mata pencaharian perusahaan, telah terbukti sulit untuk diproduksi secara efisien dan dengan kualitas tinggi, dan mereka dapat rapuh yang mengganggu ketika digunakan dalam mobil, " jurnalis Ed Niedermeier baru-baru ini menulis , mengutip sumber di sektor robomobile.

Seorang perwakilan perusahaan berargumen dengan penarikan seperti itu, dengan alasan bahwa Velodyne "selama bertahun-tahun telah membawa ilmu pembuatan sensor ini dalam jumlah besar dengan sempurna", dan bahwa "telah terbukti bahwa mereka dapat bertahan dalam kondisi otomotif yang keras."

Velodyne baru-baru ini menandatangani perjanjian lisensi dengan Veoneer, sebuah perusahaan terkenal dalam rantai pasokan suku cadang otomotif. Veoneer memiliki pengalaman luas dalam menciptakan komponen yang memenuhi standar kualitas perusahaan otomotif, dan dia mungkin memiliki ide tentang cara membuat perubahan pada desain Velodyne klasik untuk meningkatkan kualitas dan mengurangi harga produk. Namun, mereka perlu bertindak cepat, karena sejumlah perusahaan lain telah mengarahkan perhatian mereka pada pemimpin.

Luminar

Kontrol balok : pemindaian mekanis

Pengukuran jarak : waktu tempuh.

Panjang gelombang : 1550 nm

Banyak yang menganggap Luminar sebagai salah satu rival utama Velodyne. Perusahaan ini telah terlibat dalam bisnis ini sejak 2012, dan tahun lalu mulai memproduksi kapar dalam jumlah besar. Perusahaan mengklaim bahwa kualitas produknya berada pada level tertinggi.

Secara khusus, ini disebabkan oleh fakta bahwa Luminar memutuskan untuk menggunakan laser dengan panjang gelombang 1.550 nm. Menggunakan panjang gelombang mata-aman memungkinkan Luminar untuk memutar kekuatan laser, sehingga Lidar melihat lebih jauh. Tetapi laser 1550 nm berarti Luminar harus menggunakan gallium-indium arsenide eksotis untuk mendeteksi pulsa yang kembali. Seharusnya mahal, tetapi Luminar tahun lalu memberi tahu kami bahwa biaya penerima di tutupnya hanya $ 3.

Tahun lalu, sebagai tanggapan atas pertanyaan kami tentang Luminar, Marta Hall, presiden Velodyne, menunjukkan kepada kami kelemahan serius dari linar Luminar - konsumsi energi yang tinggi. Ini sangat penting karena lumen Luminar adalah sensor tetap dengan bidang pandang 120 derajat. Ini berarti bahwa untuk memastikan tampilan semua 360 derajat, Anda akan memerlukan empat perangkat dari Luminar (dengan mempertimbangkan pemaksaan bidang pandang mereka), bukan hanya satu dari Velodyne atau Ouster. Namun, kemudian dalam sebuah surat, juru bicara Luminar menjawab bahwa versi terbaru dari lidar mereka secara signifikan mengurangi konsumsi energi dibandingkan dengan model sebelumnya, dan mengkonsumsi "sekitar satu lingkaran sekitar 50 watt."

Luminar juga tidak mengatakan apa-apa tentang harga. Mei lalu, Direktur Luminar Austin Russell mengatakan kepada kami bahwa lidar mereka harus "turun harga menjadi beberapa ribu dolar" untuk bersaing di pasar konsumen, dan bahwa masalah ini "tidak menjadi masalah" bagi perusahaan. Namun, dari sini dapat disimpulkan bahwa pada saat itu biaya perangkat jauh lebih tinggi daripada beberapa ribu.

Luminar berada di depan banyak pabrikan Lidar dalam pengiriman dunia nyata sejak mulai diproduksi massal lebih dari sembilan bulan lalu. Selama 18 bulan terakhir, Luminar telah berhasil memasuki kemitraan dengan Toyota , Volkswagen, dan Volvo .

Dalam sebuah wawancara baru-baru ini, Russell menunjuk ke kesepakatan ini, menyebut mereka keuntungan kompetitif terbesar perusahaan. Dia mengatakan kepada saya bahwa perusahaan-perusahaan terbesar sedang mengembangkan lobar berbasis luminar dari Luminar, dan biayanya akan banyak untuk beralih ke pesaing di masa depan.

Aye

Kontrol balok : pemindaian mekanis

Pengukuran jarak : waktu tempuh.

Panjang gelombang : 1550 nm

AEye memiliki banyak kesamaan dengan Luminar. Menggunakan cermin pemindaian mekanis untuk mengontrol balok. Menggunakan laser yang aman untuk gelombang panjang 1550 nm, memungkinkannya beroperasi pada tingkat energi tinggi. Alhasil, lidar AEye memiliki karakteristik jangkauan yang mengesankan. AEye mengatakan bahwa lidar mereka dapat melihat pada jarak hingga 1000 m - ini jauh lebih dari 200-300 m yang dibanggakan oleh perangkat yang paling mahal.

Dalam sebuah wawancara bulan Desember, Direktur AEye, Lewis Dussan, menggembar-gemborkan impuls berenergi tinggi yang dapat dipancarkan laser serat AEye. Dia mengatakan banyak kapten pesaing didasarkan pada dioda laser, "terbatas pada 100-150 watt. Laser serat dapat mencapai hingga 100.000 watt - pulsa yang sangat pendek, sejumlah besar sinyal. "

Energi besar memungkinkan Anda untuk meningkatkan jarak, tetapi juga memiliki kekurangannya. Tahun ini, di CES di Las Vegas, satu orang mengatakan kepada majalah Ars bahwa kameranya yang mahal hancur ketika ia mengambil foto lidar dari AEye. Mata diisi dengan cairan kedap terhadap gelombang dengan panjang 1550 nm. Tetapi kamera tidak. Rupanya, laser AEye yang kuat menghantam matriks kamera yang rapuh.

Dalam sebuah pernyataan kepada Ars, AEye menggambarkan kerusakan kamera sebagai masalah industri secara luas. Tetapi Angus Pakala, direktur saingan Ouster, membantah hal itu. Dia menulis: “Sensor kami aman untuk mata dan kamera. Dan intinya. " Luminar mengatakan bahwa "kami melakukan tes ekstensif dengan kamera yang sama dengan lensa yang sama dan pengaturan yang sama dengan CES yang rusak, dan tidak dapat merusaknya" menggunakan luminar dari Luminar.

Sebagian besar Larsar menggunakan skema pemindaian tetap. Lidar AEye mengambil pendekatan yang berbeda, yang oleh perusahaan disebut "pemindaian seluler". Skema pemindaian AEye dapat diprogram dan diubah secara dinamis. Menurut Dussanne, sirkuit pemindaian bergerak bekerja dengan fleksibilitas laser serat. "Dari tembakan ke tembakan, Anda dapat mengontrol energi pulsa," katanya kepada Ars. Perangkat lunak ini mengelola tidak hanya kapan pengukuran berikutnya akan dilakukan, tetapi juga berapa banyak energi yang akan digunakan - dan, oleh karena itu, seberapa jauh jarak akan diukur pada waktu berikutnya.

Akibatnya, ketika lidar memperhatikan objek yang jauh jangkauannya, ia dapat meningkatkan resolusi pemindaian dan tingkat energi di bagian gambar ini, dan mendapatkan lebih banyak titik data. Hasilnya mungkin berupa pemindaian resolusi tinggi yang akan membantu membedakan antara pejalan kaki, sepeda motor atau puing-puing besar yang tersisa di jalan.

Di sisi lain, ada bahaya optimisasi berlebihan. Jika Lidar menghabiskan banyak waktu memindai objek yang sudah dikenali, ada bahaya bahwa terlalu sedikit waktu akan tetap pada pemindaian sistematis, karena itu akan melewatkan objek lain.

Uster

Kontrol balok : rotasi

Pengukuran jarak : waktu tempuh.

Panjang gelombang : 850 nm

Sekilas, Ouster Lidar terlihat sangat mirip dengan Velodyne. Ini adalah sistem rotasi yang mengukur waktu pulsa dalam perjalanan, dan kedua perusahaan menjual perangkat dengan 16, 64 dan 128 laser. Dan ini bukan kebetulan: Ouster secara khusus merancang produk sehingga dapat digunakan untuk menggantikan instrumen Velodyne, karena banyak pelanggan potensial terbiasa dengan faktor bentuk klasik mereka.

Tetapi jika Anda membuka perangkat dari Ouster, ternyata di dalamnya terlihat sangat berbeda. Desain Velodyne klasik, dilihat dari patennya, menggunakan 64 laser terpisah dan 64 detektor terpisah. Ouster juga menemukan cara mengemas 64 laser pada satu chip, dan chip kedua mereka berisi 64 sensor yang mengenali cahaya yang dipantulkan. Desain yang terintegrasi seperti itu dapat secara dramatis mengurangi biaya dan kompleksitas produksi Lidar.

Ouster lidar yang paling sulit, yang akan dikirimkan tahun ini, adalah OS-2, unit 64-laser seharga $ 24.000. Ouster mengatakan jangkauannya sebanding dengan lidar termahal Velodyne. Ouster juga menjual lidar dan dengan kisaran yang lebih kecil hanya dengan $ 3.500.

Ouster dapat mendorong 64 laser ke dalam chip menggunakan laser memancarkan permukaan rongga vertikal (VCSEL) - tidak seperti dioda laser konvensional yang memancarkan dalam bidang sejajar dengan permukaan. Karena VCSEL memancarkan tegak lurus ke permukaan substrat, banyak laser dapat ditempatkan pada chip semikonduktor. Teknologi ini telah lama digunakan dalam aplikasi pengguna seperti mouse komputer, tetapi selalu dianggap tidak cukup kuat untuk digunakan dalam LIDAR. Ouster mengatakan mereka menemukan cara membuat lidar berkinerja tinggi dengan VCSEL.

Ouster menggunakan teknologi semikonduktor lain, single-photon cascade diodes (SPAD), untuk mendeteksi cahaya yang dikembalikan. VCSEL, SPAD , SPAD. Ouster 64- 128-, , . 64 64 128- .

64 128 – , . , , – , , – VCSEL SPAD.

Ouster , Velodyne. , – . , «» -. – , «» – .

Ouster , , VCSEL , , . , VCSEL , , . VCSEL ( SPAD) Ouster.

Blackmore

: .

: .

: 1550

Ouster, Blackmore . , .

, , , . , , .

« Blackmore », — . « , , ».

Blackmore Ouster Velodyne. 360 , 120 30 . , .

Blackmore CES. $20 000, . .

Baraja

: .

: .

: 1550

Baraja – , – .

120 , 360 . , , .

Baraja , . , .

, «, , . , , . ».

. , , – .

Baraja « », , , . , , , ".

, : « . ».

, , . , « – ».

Baraja , , . , , « ». - , — .

, Baraja ( Blackmore) « », . Baraja, , , , « » .

Quanergy

: .

: .

: 905

Quanergy , $250, . , .

« Quanergy, , », — , Navigant.



Quanergy – , . 2017 :

– , , .

, , .., . , , . , .

, . , .

Quanergy , . , . Quanergy, AEye, .

Quanergy . , « , ». . , Quanergy , Ouster 2015-.

Quanergy – , . , Quanergy , .

Cepton

: .

: .

: 905

– , , . Cepton – , (ADAS). ADAS -. , ADAS-.

, , , , . , Cepton, , , .

Cepton , , , , , « ».

Cepton ADAS, . Cepton , .

« – , $1000», — . Cepton Koito, , . , , Cepton , .

, , , . . , Cepton « , , ». , « , » – .

Innoviz

: .

: .

: 905

Innoviz, Cepton, . , ADAS. .

BMW Innoviz 2021 . Magna, , , .

, OEM-. BMW Innoviz – BMW, , , .

, Innoviz , , , Innoviz . ".

BMW, , ADAS, Innoviz . InnovizOne 200 50% 120 .