تهدف أجهزة Lidar ذات الحالة الصلبة منخفضة التكلفة إلى تكامل ADAS

ميكروفيجن، وهي شركة متخصصة في تكنولوجيا أجهزة استشعار الحالة الصلبة ومقرها في ريدموند بولاية واشنطن، أنها صممت سيارة ذات حالة صلبة ليدار يهدف المستشعر إلى الوصول إلى أسعار الإنتاج أقل من 200 دولار أمريكي. وهذا أقل من نصف الأسعار النموذجية الآن، ولا يمثل حتى المدى الكامل لطموح الشركة. وتقول الشركة إن هدفها على المدى الطويل هو 100 دولار لكل وحدة. مطالبة MicroVision، والتي، إذا تحققت، ستضع تقنية Lidar في متناول اليد أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) بدلاً من قصرها على الطرازات المتطورة مركبة ذاتية الحكم البرامج. يعود اختراق Lidar المحدود للسوق إلى مشكلة واحدة: التكلفة.

تباع الآن أجهزة الليدار الميكانيكية المماثلة من موردين متعددين في نطاق يتراوح بين 10000 دولار إلى 20000 دولار. ويساعد هذا الانخفاض في الأسعار بنحو عشرة أضعاف، من نحو 80 ألف دولار، في تفسير السبب الذي يجعل الموردين الآن متفائلين بأن انخفاضاً حاداً آخر في الأسعار يلوح في الأفق.

بالنسبة للأجهزة ذات الحالة الصلبة، “من الممكن خفض التكلفة بشكل أكبر عند التصنيع بكميات كبيرة”. يقول حيدر رضا، أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في جامعة ولاية ميشيغان ومدير برنامج المركبات المتصلة بالشبكة والمستقلة للسلامة النشطة بالمدرسة. ومع توسع الطلب إلى ما هو أبعد من المركبات ذاتية القيادة بالكامل إلى تطبيقات مساعدة السائق، “فمن الممكن إجراء أمر واحد أو حتى أمرين من خفض التكلفة”.

يقول جلين ديفوس، الرئيس التنفيذي لشركة MicroVision: “نحن نركز على تقديم أجهزة Lidar من فئة السيارات والتي يمكن نشرها بالفعل على نطاق واسع”. “وهذا يعني التصميم من حيث التكلفة وقابلية التصنيع والتكامل من البداية – وليس التعامل مع السعر كفكرة لاحقة.”

نظام ليدار من MicroVision

وقد رفض إيلون ماسك، الرئيس التنفيذي لشركة Tesla، تقنية Lidar في عام 2019 ووصفها بأنها “مهمة حمقاء”، بحجة أن الكاميرات والرادار وحدهما كافية للقيادة الآلية. إن المسار الجدير بالثقة إلى التسعير دون 200 دولار من شأنه أن يغير بشكل جذري حسابات تصميم السيارات ذاتية القيادة من خلال خفض تكلفة إضافة أجهزة استشعار دقيقة ثلاثية الأبعاد إلى المركبات السائدة. يعكس هذا التحول اتجاهًا أوسع في الصناعة نحو تصميمات ليدار ذات الحالة الصلبة المُحسّنة للتصنيع منخفض التكلفة وكبير الحجم بدلاً من النطاق الأقصى أو الدقة.

ومع ذلك، قبل أن يتم تقييم تلك العوامل الاقتصادية، من المهم أن نفهم ما تقترح شركة MicroVision بنائه.

إن Movia S الخاص بالشركة عبارة عن ليدار ذو حالة صلبة. يرسل المستشعر المثبت في زوايا السيارة نبضات ليزر بطول موجة 905 نانومتر ويقيس المدة التي يستغرقها الضوء المنعكس من أسطح الأجسام القريبة للعودة. يوفر ترتيب بواعث ومستقبلات الشعاع مجال رؤية ثابتًا مصممًا لتغطية أفقية بزاوية 180 درجة بدلاً من المسح الكامل بزاوية 360 درجة النموذجي للوحدات الميكانيكية التقليدية. وتقول الشركة إن الوحدة يمكنها اكتشاف الأجسام على مسافات تصل إلى حوالي 200 متر في ظل ظروف مناخية مواتية – مقارنة بنصف قطر يبلغ حوالي 300 متر يتم مسحه بواسطة الأنظمة الميكانيكية – وتدعم معدلات الإطارات المناسبة للإدراك في الوقت الفعلي في أنظمة مساعدة السائق. استخدمت الليدارات الميكانيكية السابقة مكونات دوارة لتوجيه حزمها، لكن Movia S عبارة عن نظام مصفوفة مرحلية. فهو يتحكم في سعة ومرحلة الإشارات عبر مجموعة من عناصر الهوائي لتوجيه الحزمة. تم تصميم الوحدة لتلبية متطلبات السيارات فيما يتعلق بتحمل الاهتزاز ونطاق درجة الحرارة والختم البيئي.

قد تبدو أهداف تسعير MicroVision عدوانية، لكنها ليست خالية من السوابق. لقد شهدت صناعة الليدار بالفعل عملية إعادة ضبط كبيرة للتكلفة على مدار العقد الماضي.

“إن شركات صناعة السيارات لا تشتري جهاز استشعار واحداً بمعزل عن غيرها… فهي تصمم نظاماً للإدراك، ولا يهم التكلفة إلا إذا كان النظام ككل قابلاً للتطبيق.” -جلين ديفوس، ميكروفيجن

في حوالي عامي 2016 و2017، غالبًا ما كانت أنظمة الليدار الميكانيكية المستخدمة في أبحاث القيادة الذاتية المبكرة تباع بما يقرب من 100 ألف دولار. اعتمدت هذه الوحدات على مجموعات دوارة لمسح أشعة الليزر عبر 360 درجة كاملة، مما جعل بناءها باهظ التكلفة وصعب متانتها بالنسبة للمركبات الاستهلاكية.

يقول رادها: “في ذلك الوقت، كانت تكلفة جهاز فيلودين ليدار ذو 64 شعاعًا تبلغ حوالي 80 ألف دولار”.

تباع الآن أجهزة الليدار الميكانيكية المماثلة من موردين متعددين في نطاق يتراوح بين 10000 دولار إلى 20000 دولار. ويساعد هذا الانخفاض بمقدار عشرة أضعاف تقريبًا في تفسير السبب الذي يجعل الموردين يعتقدون الآن إمكانية حدوث تخفيض حاد آخر في الأسعار.

يقول رادها: “بالنسبة للأجهزة ذات الحالة الصلبة، من الممكن خفض التكلفة بشكل أكبر عند التصنيع بكميات كبيرة”. ومع توسع الطلب إلى ما هو أبعد من المركبات ذاتية القيادة بالكامل إلى تطبيقات مساعدة السائق، “فمن الممكن إجراء أمر واحد أو حتى أمرين من خفض التكلفة”.

تحديات تصميم ليدار الحالة الصلبة

ومع ذلك، فإن التكلفة الأقل لا تأتي مجانًا. إن خيارات التصميم نفسها التي تمكّن جهاز كشف الحالة الصلبة من التوسع تقدم أيضًا قيودًا جديدة.

يقول رادها: “على عكس أجهزة الليدار الميكانيكية، التي توفر تغطية كاملة بزاوية 360 درجة، تميل أجهزة الليدار ذات الحالة الصلبة إلى أن يكون لديها مجال رؤية أصغر بكثير”. يغطي العديد منها 180 درجة أو أقل.

يؤدي هذا القيد إلى نقل العبء من المستشعر إلى النظام. سيحتاج صانعو السيارات إلى نشر ثلاثة أو أربعة أجهزة ليدار ذات حالة صلبة حول السيارة لتحقيق التغطية الكاملة. ومع ذلك، تشير رادها إلى أن التكلفة الإجمالية لا تزال أقل من تكلفة وحدة ميكانيكية واحدة.

ما يتغير هو التكامل. يجب محاذاة أجهزة الاستشعار المتعددة ومعايرتها ومزامنتها حتى يمكن دمج بياناتها بدقة. يمكن التحكم في الهندسة، ولكنها تضيف تعقيدًا لا تستطيع الأسعار المستهدفة وحدها التقاطها.

يقول DeVos إن اختيارات تصميم MicroVision تعكس هذا الواقع. ويقول: “إن شركات صناعة السيارات لا تشتري جهاز استشعار واحداً بشكل منفصل”. “إنهم يصممون نظامًا للإدراك، ولن تكون التكلفة مهمة إلا إذا كان النظام ككل قابلاً للتطبيق.”

تساعد هذه المقايضات على مستوى النظام في توضيح المكان الذي من المرجح أن يظهر فيه جهاز الليدار منخفض التكلفة أولاً.

تعتمد معظم أنظمة مساعدة السائق المتقدمة اليوم على الكاميرات والرادار، وهي أرخص بكثير من أجهزة الليدار. توفر الكاميرات معلومات مرئية كثيفة، بينما يوفر الرادار بيانات موثوقة عن المدى والسرعة، خاصة في الأحوال الجوية السيئة. ويقدر رادها أن تقنية الليدار لا تزال أغلى بكثير من رادار السيارات.

ولكن بأسعار تتراوح بين 100 إلى 200 دولار، تضيق هذه الفجوة بما يكفي لتغيير قرارات التصميم.

يقول رادها: “في تلك المرحلة، يصبح جهاز الليدار جذابًا بسبب قدرته الفائقة في الكشف والتتبع الدقيق ثلاثي الأبعاد”.

وبدلاً من استبدال أجهزة الاستشعار الحالية، من المرجح أن تعمل تقنية الليدار منخفضة التكلفة على تعزيزها، مما يضيف التكرار ويحسن الأداء في البيئات المعقدة التي تمثل تحديًا لأنظمة الإدراك الإلكترونية. ويتوافق هذا التحسين التدريجي بشكل أوثق مع كيفية نشر ميزات مساعد السائق المساعد اليوم مقارنة بالقفزة إلى القيادة الذاتية الكاملة للمركبة.

شركة MicroVision ليست وحدها في متابعة تقنية Lidar ذات الحالة الصلبة، وقد أعلن العديد من الموردين بما في ذلك الشركات الصينية Hesai وRoboSense وغيرهما من الموردين الرئيسيين مثل Luminar وVelodyne عن أهداف تكلفة طويلة المدى أقل من 500 دولار. ما يميز المطالبات الحالية هو التركيز الواضح على التسعير أقل من 200 دولار المرتبط بحجم الإنتاج بدلاً من النماذج الأولية المستقبلية أو عمليات التشغيل التجريبية المحدودة.

ويواصل بعض المنافسين إعطاء الأولوية للأداء بعيد المدى للمركبات ذاتية القيادة، مما يدفع التكلفة إلى الارتفاع. وقد تجنب آخرون مطالبات التسعير العدوانية حتى يحصلوا على التزامات إنتاجية ثابتة من شركات صناعة السيارات.

ويعكس هذا الحذر تحدياً بنيوياً: فالوصول إلى التسعير على مستوى المستهلك يتطلب طلباً كبيراً يمكن التنبؤ به. وبدون ذلك، لن يتمكن سوى عدد قليل من الموردين من تبرير الاستثمارات في التصنيع اللازمة لتحقيق وفورات الحجم الحقيقي.