يمكن لجهاز Lidar الذي يقل سعره عن 200 دولار تعديل اقتصاديات أجهزة الاستشعار التلقائي
تقول شركة MicroVision، وهي شركة متخصصة في تكنولوجيا أجهزة الاستشعار ذات الحالة الصلبة ومقرها في ريدموند بولاية واشنطن، إنها صممت جهاز استشعار ليدار للسيارات ذو الحالة الصلبة يهدف 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. إن مطالبة MicroVision، والتي، إذا تحققت، ستضع تقنية Lidar في متناول أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) بدلاً من قصرها على برامج المركبات ذاتية القيادة المتطورة. يرجع اختراق Lidar المحدود للسوق إلى مشكلة واحدة: التكلفة. تباع الآن أجهزة Lidar الميكانيكية المماثلة من موردين متعددين في نطاق يتراوح بين 10,000 دولار إلى 20,000 دولار. يساعد هذا الانخفاض في السعر بمقدار عشرة أضعاف تقريبًا، من حوالي 80 ألف دولار، في تفسير سبب أمل الموردين الآن في حدوث تخفيض حاد آخر في الأسعار في الأفق. بالنسبة للأجهزة ذات الحالة الصلبة، "من الممكن خفض التكلفة بشكل أكبر عند التصنيع بكميات كبيرة"، كما يقول حيدر رادها، أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في جامعة ولاية ميشيغان ومدير برنامج المركبات المتصلة والمستقلة من أجل السلامة النشطة بالمدرسة. مع توسع الطلب إلى ما هو أبعد من المركبات ذاتية القيادة بالكامل إلى تطبيقات مساعدة السائق، "من الممكن طلب واحد أو حتى أمرين من خفض التكلفة". "وهذا يعني التصميم من حيث التكلفة وقابلية التصنيع والتكامل من البداية - وليس التعامل مع السعر كفكرة لاحقة." وقد رفض إيلون ماسك، الرئيس التنفيذي لشركة MicroVision Lidar SystemTesla، تقنية الليدار 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 الحالة الصلبة المُحسّنة للتصنيع منخفض التكلفة وكميات كبيرة بدلاً من النطاق الأقصى أو الدقة. ومع ذلك، قبل أن يتم تقييم هذه الاقتصاديات، من المهم فهم ما تقترح شركة MicroVision بنائه. إن Movia S الخاص بالشركة هو 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 الاهتزازات، ونطاق درجة الحرارة، والعزل البيئي. قد تبدو أهداف تسعير MicroVision عدوانية، ولكنها ليست خالية من السوابق. وقد شهدت صناعة الليدار بالفعل عملية إعادة ضبط كبرى للتكاليف على مدى العقد الماضي. "لا تشتري شركات صناعة السيارات جهاز استشعار واحداً بشكل منفصل... إنهم يصممون نظاماً للإدراك، ولن تكون التكلفة مهمة إلا إذا كان النظام ككل قابلاً للتطبيق". – جلين ديفوس، MicroVision في عامي 2016 و2017، غالبًا ما كانت أنظمة الليدار الميكانيكية المستخدمة في أبحاث القيادة الذاتية المبكرة تباع مقابل ما يقرب من 100000 دولار. اعتمدت هذه الوحدات على مجموعات دوارة لمسح أشعة الليزر عبر 360 درجة كاملة، مما جعل تصنيعها مكلفًا وصعبًا بالنسبة للمركبات الاستهلاكية. يقول رادها: "في ذلك الوقت، كانت تكلفة جهاز فيلودين ليدار ذو 64 شعاعًا تبلغ حوالي 80 ألف دولار". وتباع الآن أجهزة الليدار الميكانيكية المماثلة من العديد من الموردين بسعر يتراوح بين 10 آلاف إلى 20 ألف 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، "من الممكن إجراء طلب واحد أو حتى أمرين من خفض التكلفة". تحديات تصميم أجهزة ليدار ذات الحالة الصلبة، ومع ذلك، فإن التكلفة المنخفضة لا تأتي مجانًا. إن خيارات التصميم نفسها التي تمكن أجهزة الليدار ذات 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. وهذا القيد ينقل 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 يمكن للسعر المستهدف وحده تحقيقه. ويقول DeVos إن خيارات تصميم MicroVision تعكس هذا الواقع. ويقول: "إن شركات صناعة السيارات لا تشتري جهاز استشعار واحداً بشكل منفصل". "إنهم يصممون نظامًا للإدراك، ولا تهم التكلفة إلا إذا كان النظام ككل قابلاً للتطبيق." تساعد هذه المقايضات على مستوى النظام في توضيح المكان الذي من المرجح أن يظهر فيه الليدار منخفض التكلفة أولاً. تعتمد معظم أنظمة مساعدة السائق المتقدمة اليوم على الكاميرات والرادار، وهي أرخص بكثير من الليدار. توفر الكاميرات معلومات مرئية كثيفة، بينما يوفر الرادار بيانات موثوقة عن المدى والسرعة، خاصة في الأحوال الجوية السيئة. يقدر 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 الليدار جذابًا بسبب قدرته الفائقة في الكشف والتتبع الدقيق ثلاثي الأبعاد". وبدلاً من استبدال أجهزة الاستشعار الحالية، من المرجح أن يزيدها الليدار منخفض التكلفة، مما يضيف التكرار ويحسن الأداء في البيئات المعقدة التي تمثل تحديًا لأنظمة الإدراك الإلكتروني. ويتوافق هذا التحسن التدريجي بشكل أوثق مع كيفية نشر ميزات مساعد السائق المتقدم اليوم مقارنة بالقفزة إلى الاستقلالية الكاملة للمركبة. إن شركة ميكروفيجن ليست وحدها في متابعة تقنية ليدار الحالة الصلبة، وقد أعلن العديد من الموردين بما في ذلك الشركات الصينية هيساي وروبوسنس وغيرهم من الموردين الرئيسيين مثل لومينار وفيلودين عن أهداف تكلفة طويلة الأجل أقل من 500 دولار. ما يميز المطالبات الحالية هو التركيز الواضح على التسعير الأقل من 200 دولار المرتبط بحجم الإنتاج بدلاً من النماذج الأولية المستقبلية أو عمليات التشغيل التجريبية المحدودة. ويواصل بعض المنافسين إعطاء الأولوية للأداء طويل المدى للمركبات ذاتية القيادة، مما يدفع التكلفة إلى الأعلى. وقد تجنب آخرون المطالبات التسعيرية العدوانية إلى أن يحصلوا على التزامات إنتاجية ثابتة من شركات صناعة السيارات. ويعكس هذا الحذر تحديا بنيويا: فالوصول إلى التسعير على مستوى المستهلك يتطلب طلبا كبيرا يمكن التنبؤ به. وبدون ذلك، لا يستطيع سوى عدد قليل من الموردين تبرير استثمارات التصنيع اللازمة لتحقيق وفورات الحجم الحقيقي. تقييم مقاييس أداء ليدار حتى لو أصبح جهاز ليدار منخفض التكلفة قابلاً للتصنيع، يبقى سؤال آخر: كيف ينبغي الحكم على أدائه؟ من منظور هندسة النظم، يقول رادها إن معالم التكلفة غالبًا ما تطغى على مقاييس السلامة. ويضيف: "الهدف الرئيسي لأجهزة مساعدة السائق والأنظمة الذاتية هو تحسين السلامة". ومع ذلك، لا يوجد مقياس معتمد عالميًا يعبر بشكل مباشر عن مكاسب السلامة من تكوين مستشعر معين. يعتمد الباحثون بدلاً من ذلك على معايير الإدراك مثل متوسط الدقة، أو mAP، الذي يقيس مدى دقة النظام في اكتشاف وتتبع الكائنات في بيئته. يقول رادها إن تضمين مثل هذه المقاييس إلى جانب أهداف التكلفة من شأنه أن يوضح الأداء الذي يتم الحفاظ عليه أو التضحية به مع انخفاض الأسعار. وقد قامت IEEE Spectrum بتغطية تقنية الليدار على نطاق واسع، وغالبًا ما تركز على التقدم التقني في المسح والمدى والدقة. ما يميز اللحظة الحالية هو التركيز المتجدد على الاقتصاد بدلاً من القدرات الخام. إذا تمكنت أجهزة الليدار ذات الحالة الصلبة من الوصول بشكل موثوق إلى سعر أقل من 200 دولار، فلن يبطل ذلك شكوك إيلون ماسك، لكنه سيضعف واحدة من أقوى أسسها. عندما تتوقف التكلفة عن كونها الاعتراض المهيمن، سيتعين على شركات صناعة السيارات أن تقرر ما إذا كان استبعاد الليدار هو حكم فني أم استراتيجي. وهذا القرار، أكثر من أي مطالبة سعرية واحدة، قد يحدد ما إذا كان الليدار سيصبح في النهاية مكونًا روتينيًا لأنظمة سلامة المركبات.
