自動駕駛迎來它的黃金時代_制造一臺激光雷達(dá)僅用8分鐘

自動駕駛汽車即將迎接來它的黃金時代 ，而幫助它們看清這個世界的激光傳感器也是如此。

激光雷達(dá)每秒發(fā)射數(shù)百萬個激光點(diǎn)，然后通過測量這些激光反射回來的時間來繪制汽車周圍的三維地圖。

從2005年起，激光雷達(dá)就進(jìn)入了研發(fā)階段。那時，一個名為Dave Hall的人為了Darpa挑戰(zhàn)大賽——一個自動駕駛汽車比賽，制作了一個激光雷達(dá)。在那之后的十余年里，如果人們希望為自動駕駛汽車安裝上一個激光雷達(dá)，那么Velodyne是唯一的選擇。

然而，近年來，隨著許多激光雷達(dá)初創(chuàng)公司的誕生，一度占據(jù)壟斷地位的?Velodyne受到了威脅。更不用提，許多機(jī)器人汽車公司也找到了自己的解決辦法。

谷歌母公司Alphabet旗下自動駕駛公司W(wǎng)aymo就投入了多年時間和數(shù)百萬美元用于開發(fā)一套激光雷達(dá)專利系統(tǒng)。

通用汽車公司選擇收購了一家名為Strobe的激光雷達(dá)初創(chuàng)公司。正在為福特制造一個機(jī)器人駕駛系統(tǒng)的Argo AI則收購了一家叫做Princeton Lightware的公司。
而在激光雷達(dá)領(lǐng)域，風(fēng)頭正盛的挑戰(zhàn)者是一家名為Luminar的硅谷創(chuàng)業(yè)公司。去年9月，公司獲得了來自豐田的3600萬美元投資。

近日，Luminar正式宣布推出最新的激光雷達(dá)裝置，其視場角為120度（這足以看清汽車前方的物體，但最好還是有成對的這樣的裝置以獲取360度的視野）。

在首次僅僅生產(chǎn)了100個激光雷達(dá)裝置之后，Luminar 就準(zhǔn)備好了要制造數(shù)以千計(jì)這樣的裝置。如此一來，不但可以滿足如今產(chǎn)業(yè)對激光雷達(dá)的需求量，而且沒準(zhǔn)能讓自動駕駛汽車對于每個人來說更加便宜。

“到今年年底，我們將擁有足夠的能力在全球范圍內(nèi)裝備幾乎所有的用于測試及開發(fā)的自動駕駛汽車?！惫綜EO Austin Russell 說道，他在2012年，也就是他17歲的時候從斯坦福大學(xué)輟學(xué)并將 Luminar 作為他的全職工作。“激光雷達(dá)不再是一個依靠光學(xué)博士手工制作出來的東西，而將成為一個合格的汽車系列產(chǎn)品?！?/p>

在位于奧蘭多的一個面積為136000平方英尺的光學(xué)工業(yè)中心里，Luminar已經(jīng)將一個激光雷達(dá)裝置的制造時間從大約一天縮短到了八分鐘。在過去的一年中，Luminar的員工數(shù)翻了一倍，達(dá)到了350人左右。公司還聘請了摩托羅拉的產(chǎn)品專家Jason Wojack來領(lǐng)導(dǎo)它們的硬件團(tuán)隊(duì)。來自汽車工業(yè)供應(yīng)商Harman的Alejandro Garcia負(fù)責(zé)管理生產(chǎn)制造。

在Luminar位于奧蘭多的生產(chǎn)設(shè)施中，現(xiàn)在可以在大約八分鐘內(nèi)制造一個激光雷達(dá)裝置——這曾經(jīng)要花費(fèi)一天的時間。

去年，Velodyne開設(shè)了一個“巨型工廠”來提升產(chǎn)能并且制造了10000個激光傳感器。公司的商業(yè)開發(fā)負(fù)責(zé)人Marta Hall（Dave Hall的妻子）表示，如果公司愿意的話，每年可以制造出一百萬，但是制造大量激光雷達(dá)的能力并不足以在這場競爭中獲勝。

激光雷達(dá)（激光定位器）是一種神奇的傳感器，不僅比雷達(dá)（無線電探測器）測量得更加精確，也比攝像頭能適應(yīng)更多的工作環(huán)境?？墒怯幸粋€重要的問題就是，它太貴了。

Velodyne生產(chǎn)的可以360度觀察300米距離范圍內(nèi)物體的頂級激光雷達(dá)裝置的成本約為75000美元。盡管批量購買會降低成本，但對于一個能夠服務(wù)多年以攤銷成本的車隊(duì)來說，這仍然是一個難以承受的價(jià)格。

Luminar使用砷化銦鎵（InGaAs）代替硅來制造它的激光雷達(dá)接收器（就像你眼睛中視網(wǎng)膜的部分），這使得成本問題變得更加困難。

那么，為什么要用砷化銦鎵（InGaAs）代替硅呢？

原因在于，要讓激光雷達(dá)“看得更遠(yuǎn)”，就必須發(fā)射更強(qiáng)的光脈沖，所以它們必須非常強(qiáng)烈以致于有力量集中遠(yuǎn)處的物體并且一路反射回來。大多數(shù)激光雷達(dá)使用波長為905納米的激光。這對于人類來說是不可見的。但是如果它集中到了一個真人的眼球，而且具有足夠的能量時，就會損傷人類的視網(wǎng)膜。如果想發(fā)射更強(qiáng)的脈沖而不致使人類失明，那就可以使用波長為 1550 納米的激光，它在光譜的紅外線部分距離可見光波段更遠(yuǎn)（波長越長能量約低，距離可見光越遠(yuǎn)），因此無法穿透人的眼球。

回了硅的問題上。用硅制造的接收器價(jià)格低廉，但不能探測到波長為 1550 納米的激光。砷化銦鎵（InGaAs）可以探測到，但卻比硅要貴得多。因此，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是使用硅接收波長微 905 納米的激光，但要接受其能量不會大到損傷人眼但也無法發(fā)送到那么遠(yuǎn)的事實(shí)。

但是 Russell 堅(jiān)持使用另外一種選擇，即1550納米，這意味著要使用砷化銦鎵（InGaAs）制造的接收器。結(jié)果是，Luminar的激光雷達(dá)能夠發(fā)出比它的競爭者能量高出40倍的脈沖，所以它的激光雷達(dá)可以看到極其黑暗的物體——這種物體可以吸收95%的光線——即使光線從250米之外發(fā)出。Russell表示，沒有人的激光雷達(dá)可以在這樣的距離上看得如此清楚。

但說要用砷化銦鎵（InGaAs）制造接收器并不容易。一個大薯片大小的接收器陣列可能會花費(fèi)數(shù)萬美元，于是Luminar開始自己做接收器。

現(xiàn)在，Luminar已經(jīng)是展開第七次迭代實(shí)驗(yàn)了，接收器的大小大概是草莓的種子那么大（包括激光和相應(yīng)的電子器件的整個裝置大約有半英尺寬，三英寸深）。接收器包含一個芯片，可以計(jì)算出光子存在于世界上的比秒還要短的時間，而成本僅僅為3美元。這消除了Luminar對于成本的擔(dān)憂，同時也使得額外的波長范圍和分辨率成為了可能。

Luminar激光雷達(dá)裝置中的接收器，它能檢測到反射回來的激光脈沖，其尺寸相當(dāng)于草莓的種子，售價(jià)僅為3美元。

Russell不愿意透露整個激光雷達(dá)的確切價(jià)格，但他表示，公司的客戶十分滿意?！耙苍S當(dāng)自動駕駛汽車廠商終于準(zhǔn)備好為人們提供自動駕駛出租車服務(wù)時，不會向乘客收取那么多費(fèi)用?！?/p>

Luminar的研發(fā)團(tuán)隊(duì)還設(shè)法增加了接收器的“動態(tài)范圍”。就像人類的瞳孔會根據(jù)光照條件擴(kuò)張一樣，激光雷達(dá)接收器會被調(diào)整到接受特定強(qiáng)度的脈沖（光子在反射回來之前走的越遠(yuǎn)，它就會變得越弱）。但在把范圍設(shè)置到接受微弱的信號時，如果它被一個（比設(shè)定值）強(qiáng)得多的脈沖擊中，接收器就會被燒掉。

Russell說道：“我們有數(shù)不清的炸得粉碎的探測器”。目前，裝置已經(jīng)可以應(yīng)對較大范圍的脈沖強(qiáng)度，一絲煙都不會被燒出來。
與此同時，Luminar已經(jīng)在研究下一代傳感器了。

Russell表示，新一代傳感器將足夠便宜，完全可以植入到消費(fèi)者的汽車中——真正把自動駕駛汽車“看見”的能力轉(zhuǎn)化成一種人們可以買得起的商品。