隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、激光技術(shù)、高科技材料等的技術(shù)進(jìn)步，智能傳感器的研發(fā)呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)，有的利用生物材料模擬人類(lèi)皮膚，創(chuàng)新傳感器的觸覺(jué);有的利用MEMS技術(shù)研發(fā)微型智能化傳感器，從而有利于復(fù)雜系統(tǒng)的集成;有的利用高精度的激光技術(shù)創(chuàng)造激光雷達(dá)，從而利于系統(tǒng)實(shí)時(shí)感知周邊障礙物與環(huán)境等等。
然而總體而言，智能傳感器的研發(fā)過(guò)程呈現(xiàn)兩階段的趨勢(shì)：一、技術(shù)創(chuàng)新，根據(jù)未能滿(mǎn)足的需求開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。在第一階段中，傳感器研發(fā)創(chuàng)新的方向源于智能裝備、創(chuàng)新設(shè) 備的需求，研發(fā)人員根據(jù)使用需求，創(chuàng)新出新型傳感器。二、成本降低，應(yīng)用落地，產(chǎn)品逐步切合產(chǎn)業(yè)化需求。在第二階段中，在研發(fā)創(chuàng)新的過(guò)程中，為了滿(mǎn)足人們 對(duì)于智能裝備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的需求，研究人員從對(duì)技術(shù)開(kāi)發(fā)的關(guān)注轉(zhuǎn)為對(duì)成本下降的關(guān)注，以實(shí)現(xiàn)傳感器大規(guī)模生產(chǎn)，智能裝備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的愿景。
3D激光雷達(dá)就是這樣一種從功能創(chuàng)新中誕生，又開(kāi)始進(jìn)入商業(yè)化開(kāi)發(fā)的傳感器。下面以激光雷達(dá)為例，梳理傳感器典型的發(fā)展趨勢(shì)。
研發(fā)趨勢(shì)一：技術(shù)向高階延展
3D激光雷達(dá)的出現(xiàn)是為了滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)空間感知的需求而出現(xiàn)的，無(wú)人駕駛汽車(chē)、無(wú)人機(jī)等自主移動(dòng)式機(jī)器人出于空間識(shí)別、自主避障、規(guī)劃路線(xiàn)的目的，需要一個(gè)傳感器能夠?qū)崟r(shí)對(duì)于周邊環(huán)境進(jìn)行掃描，從而獲知周邊障礙物和道路的距離信息，由此3D激光雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生。
3D激光雷達(dá)的研發(fā)過(guò)程本質(zhì)上是激光測(cè)距技術(shù)的升維，和實(shí)現(xiàn)的需求逐步升級(jí)的過(guò)程，激光測(cè)距技術(shù)是3D激光雷達(dá)的基礎(chǔ)。最早激光測(cè)距儀的出現(xiàn)，解決了點(diǎn)到點(diǎn)一維距離測(cè)量的需求;然后2D激光雷達(dá)的出現(xiàn)，解決了在一個(gè)扇形平面內(nèi)感知接近物體的需求，測(cè)量的是平面內(nèi)的距離;如今3D激光雷達(dá)，通過(guò)高速變化激光投射角度，對(duì)周邊環(huán)境實(shí)時(shí)掃描獲取距離信息，解決了在三維空間內(nèi)的障礙物和環(huán)境識(shí)別需求，測(cè)量的是三維空間內(nèi)的距離。
3D激光雷達(dá)應(yīng)用最熱門(mén)的領(lǐng)域莫過(guò)于無(wú)人駕駛汽車(chē)，以3D激光雷達(dá)為主導(dǎo)的無(wú)人駕駛感知系統(tǒng)是當(dāng)今無(wú)人駕駛領(lǐng)域采取的主流技術(shù)路線(xiàn)，但是3D激光雷達(dá)的成本一直是此技術(shù)路線(xiàn)的痛點(diǎn)。以生產(chǎn)3D激光雷達(dá)最為知名的Velodyne公司的產(chǎn)品為例，三款產(chǎn)品按性能最高到底的售價(jià)分別為8萬(wàn)美元、2萬(wàn)美元、8千美元。在無(wú)人駕駛汽車(chē)研發(fā)測(cè)試階段，包括谷歌、百度在內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)一直采用8萬(wàn)美元的版本進(jìn)行測(cè)試，據(jù)了解，谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)的總成本約為30多萬(wàn)美元，而該款64線(xiàn)型的3D激光雷達(dá)HDL-64占整車(chē)成本的25%。
研發(fā)趨勢(shì)二：成本隨應(yīng)用降低
經(jīng)過(guò)了研發(fā)第一階段技術(shù)創(chuàng)新以后，成本過(guò)高是以3D激光雷達(dá)為主的無(wú)人駕駛感知系統(tǒng)的主要問(wèn)題，傳感器生產(chǎn)公司對(duì)于激光雷達(dá)研發(fā)的關(guān)注點(diǎn)從功能增強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀究刂?，由此進(jìn)入了研發(fā)第二階段：降低成本以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
在素有“電子消費(fèi)領(lǐng)域科技風(fēng)向標(biāo)”之稱(chēng)的2016CES大會(huì)上，激光雷達(dá)科技企業(yè)Velodyne和Quanergy都展出了新型3D激光雷達(dá)。Velodyne的Puck Auto和Quanergy的S3與之前相比都是小型化的改良產(chǎn)品。
Velodyne公司的Puck Auto采用32線(xiàn)激光，掃描范圍達(dá)200米，可以認(rèn)為是VLP-16的加強(qiáng)版，相比于VLP-16更加切合于無(wú)人駕駛汽車(chē)的使用需求，相比于另外兩款產(chǎn)品價(jià)格成本更低。該公司已與福特公司達(dá)成合作意向，未來(lái)福特公司的無(wú)人駕駛汽車(chē)Fusion將配置2臺(tái)Puck Auto，并且Velodyne公司負(fù)責(zé)人稱(chēng)他們將進(jìn)一步降低產(chǎn)品成本，目標(biāo)控制在1000美元以下。
Quanergy公司的S3是與德?tīng)柛９竞献鏖_(kāi)發(fā)的固態(tài)激光雷達(dá)，采用8線(xiàn)激光，內(nèi)部無(wú)旋轉(zhuǎn)部件，可集成于整車(chē)內(nèi)。在此前的報(bào)道中，Quanergy公司的CTO表示每臺(tái)S3成本在200美元。價(jià)格極低的原因在于產(chǎn)品的配置，“8線(xiàn)”、“固態(tài)”這兩個(gè)特性決定了成本的有效控制。“固態(tài)”意味著不能360度轉(zhuǎn)動(dòng)，只能探測(cè)前方，但探測(cè)范圍的不足，可以用數(shù)量來(lái)彌補(bǔ)，在車(chē)身四角布置四臺(tái)或六臺(tái)S3，是德?tīng)柛o(wú)人駕駛汽車(chē)所探索的方案。
通過(guò)這兩個(gè)美國(guó)科技企業(yè)在2016CES上發(fā)布的新產(chǎn)品，我們可以得知激光雷達(dá)的技術(shù)特性正逐步切合無(wú)人駕駛領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化需求，去除測(cè)試階段的冗余硬件配置后，成本有望大幅降低。
