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，有的利用生物材料模擬人類皮膚，創(chuàng)新傳感器的觸覺;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)過程呈現(xiàn)兩階段的趨勢：一、技術(shù)創(chuàng)新，根據(jù)未能滿足的需求開發(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)新的過程中，為了滿足人們 對于智能裝備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的需求，研究人員從對技術(shù)開發(fā)的關(guān)注轉(zhuǎn)為對成本下降的關(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，又開始進(jìn)入商業(yè)化開發(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。
研發(fā)趨勢一：技術(shù)向高階延展
3D激光雷達(dá)的出現(xiàn)是為了滿足系統(tǒng)對于實(shí)時空間感知的需求而出現(xiàn)的，無人駕駛汽車、無人機(jī)等自主移動式機(jī)器人出于空間識別、自主避障、規(guī)劃路線的目的，需要一個傳感器能夠?qū)崟r對于周邊環(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)過程本質(zhì)上是激光測距技術(shù)的升維，和實(shí)現(xiàn)的需求逐步升級的過程，激光測距技術(shù)是3D激光雷達(dá)的基礎(chǔ)。最早激光測距儀的出現(xiàn)，解決了點(diǎn)到點(diǎn)一維距離測量的需求;然后2D激光雷達(dá)的出現(xiàn)，解決了在一個扇形平面內(nèi)感知接近物體的需求，測量的是平面內(nèi)的距離;如今3D激光雷達(dá)，通過高速變化激光投射角度，對周邊環(huán)境實(shí)時掃描獲取距離信息，解決了在三維空間內(nèi)的障礙物和環(huán)境識別需求，測量的是三維空間內(nèi)的距離。
3D激光雷達(dá)應(yīng)用最熱門的領(lǐng)域莫過于無人駕駛汽車，以3D激光雷達(dá)為主導(dǎo)的無人駕駛感知系統(tǒng)是當(dāng)今無人駕駛領(lǐng)域采取的主流技術(shù)路線，但是3D激光雷達(dá)的成本一直是此技術(shù)路線的痛點(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分別為8萬美元、2萬美元、8千美元。在無人駕駛汽車研發(fā)測試階段，包括谷歌、百度在內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)一直采用8萬美元的版本進(jìn)行測試，據(jù)了解，谷歌無人駕駛汽車的總成本約為30多萬美元，而該款64線型的3D激光雷達(dá)HDL-64占整車成本的25%。
研發(fā)趨勢二：成本隨應(yīng)用降低
經(jīng)過了研發(fā)第一階段技術(shù)創(chuàng)新以后，成本過高是以3D激光雷達(dá)為主的無人駕駛感知系統(tǒng)的主要問題，傳感器生產(chǎn)公司對于激光雷達(dá)研發(fā)的關(guān)注點(diǎn)從功能增強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀究刂疲纱诉M(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)”之稱的2016CES大會上，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更加切合于無人駕駛汽車的使用需求，相比于另外兩款產(chǎn)品價格成本更低。該公司已與福特公司達(dá)成合作意向，未來福特公司的無人駕駛汽車Fusion將配置2臺Puck Auto，并且Velodyne公司負(fù)責(zé)人稱他們將進(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是與德爾福公司合作開發(fā)的固態(tài)激光雷達(dá)，采用8線激光，內(nèi)部無旋轉(zhuǎn)部件，可集成于整車內(nèi)。在此前的報道中，Quanergy公司的CTO表示每臺S3成本在200美元。價格極低的原因在于產(chǎn)品的配置，“8線”、“固態(tài)”這兩個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，只能探測前方，但探測范圍的不足，可以用數(shù)量來彌補(bǔ)，在車身四角布置四臺或六臺S3，是德爾福無人駕駛汽車所探索的方案。
通過這兩個美國科技企業(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)特性正逐步切合無人駕駛領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化需求，去除測試階段的冗余硬件配置后，成本有望大幅降低。
