Lidar de menos de 200 dólares podría reorganizar la economía de los sensores automáticos
MicroVision, una empresa de tecnología de sensores de estado sólido ubicada en Redmond, Washington, dice que ha diseñado un sensor lidar de estado sólido para automóviles destinado a alcanzar un precio de producción inferior a 200 dólares estadounidenses. Eso es menos de la mitad de los precios típicos actuales, y ni siquiera es el alcance total de la ambición de la empresa. La compañía dice que su objetivo a largo plazo es 100 dólares por unidad. La afirmación de MicroVision, que, de realizarse, colocaría el lidar al alcance de los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) en lugar de limitarlo a programas de vehículos autónomos de alta gama. La limitada penetración de mercado de Lidar se reduce a un problema: el costo. Los lidars mecánicos comparables de múltiples proveedores ahora se venden en el rango de $ 10 000 a $ 20 000. Esa caída del precio de aproximadamente diez veces, desde alrededor de 80.000 dólares, ayuda a explicar por qué los proveedores ahora tienen la esperanza de que se vislumbre otra fuerte reducción de precios en el horizonte. Para los dispositivos de estado sólido, “es factible reducir el costo aún más cuando se fabrican en grandes volúmenes”, dice Hayder Radha, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad Estatal de Michigan y director del programa de Vehículos Conectados y Autónomos en Red para la Seguridad Activa de la escuela. Dado que la demanda se expande más allá de los vehículos totalmente autónomos hacia las aplicaciones de asistencia al conductor, “es factible una reducción de costos de uno o incluso dos órdenes de magnitud”. “Estamos enfocados en ofrecer lidar de grado automotriz que realmente se pueda implementar a escala”, dice Glen DeVos, director ejecutivo de MicroVision. "Eso significa diseñar teniendo en cuenta el costo, la capacidad de fabricación y la integración desde el principio, sin tratar el precio como una ocurrencia tardía". Elon Musk, director ejecutivo de Lidar System de MicroVision, desestimó el lidar en 2019 como "una tontería", argumentando que las cámaras y el radar por sí solos eran suficientes para la conducción automatizada. Un camino creíble hacia precios inferiores a 200 dólares alteraría fundamentalmente el cálculo del diseño de automóviles autónomos al reducir el costo de agregar sensores tridimensionales precisos a los vehículos convencionales. El cambio refleja una tendencia más amplia de la industria hacia diseños lidar de estado sólido optimizados para una fabricación de bajo costo y gran volumen en lugar de un rango o resolución máximos. Sin embargo, antes de que se puedan evaluar esos aspectos económicos, es importante comprender qué propone MicroVision construir. El Movia S de la compañía es un lidar de estado sólido. Montado en las esquinas de un vehículo, el sensor envía pulsos láser de longitud de onda de 905 nanómetros y mide cuánto tiempo tarda en regresar la luz reflejada por las superficies de los objetos cercanos. La disposición de los emisores y receptores del haz proporciona un campo de visión fijo diseñado para una cobertura horizontal de 180 grados en lugar del escaneo completo de 360 grados típico de las unidades mecánicas tradicionales. La compañía dice que la unidad puede detectar objetos a distancias de hasta aproximadamente 200 metros en condiciones climáticas favorables (en comparación con el radio de aproximadamente 300 metros escaneado por los sistemas mecánicos) y admite velocidades de cuadro adecuadas para la percepción en tiempo real en los sistemas de asistencia al conductor. Los lidars mecánicos anteriores utilizaban componentes giratorios para dirigir sus rayos, pero el Movia S es un sistema de matriz en fase. Controla la amplitud y fase de las señales a través de una serie de elementos de antena para dirigir el haz. La unidad está diseñada para cumplir con los requisitos automotrices en cuanto a tolerancia a la vibración, rango de temperatura y sellado ambiental. Los objetivos de precios de MicroVision pueden parecer agresivos, pero no carecen de precedentes. La industria lidar ya ha experimentado un importante reinicio de costos durante la última década. “Los fabricantes de automóviles no están comprando un solo sensor de forma aislada... Están diseñando un sistema de percepción, y el costo sólo importa si el sistema en su conjunto es viable”. –Glen DeVos, MicroVision Alrededor de 2016 y 2017, los sistemas lidar mecánicos utilizados en las primeras investigaciones sobre conducción autónoma a menudo se vendían por cerca de 100.000 dólares. Esas unidades dependían de conjuntos giratorios para barrer rayos láser en 360 grados, lo que hacía que su construcción fuera costosa y difícil de hacer robustas para los vehículos de consumo. “En aquel entonces, un lidar Velodyne de 64 haces costaba alrededor de 80 000 dólares”, dice Radha. Los lidars mecánicos comparables de múltiples proveedores ahora se venden en el rango de 10 000 a 20 000 dólares. Esa caída de aproximadamente diez veces ayuda a explicar por qué los proveedores ahora creen que es posible otra fuerte reducción de precios. "En el caso de los dispositivos de estado sólido, es factible reducir aún más el coste cuando se fabrican en grandes volúmenes", afirma Radha. Con la expansión de la demanda más allá de los vehículos totalmente autónomos hacia las aplicaciones de asistencia al conductor, “es factible una reducción de costos de un orden o incluso dos órdenes de magnitud”. Desafíos del diseño Lidar de estado sólido Sin embargo, reducir el costo no es gratuito. Las mismas opciones de diseño que permiten escalar el lidar de estado sólido también introducen nuevas limitaciones. “A diferencia de los lidars mecánicos, que brindan una cobertura completa de 360 grados, los lidars de estado sólido tienden a tener un campo de visión mucho más pequeño”, dice Radha. Muchos cubren 180 grados o menos. Esa limitación traslada la carga del sensor al sistema. Los fabricantes de automóviles necesitarán implementar tres o cuatro lidares de estado sólido alrededor de un vehículo para lograr una cobertura total. Aun así, señala Radha, el costo total aún puede ser inferior al de una sola unidad mecánica. Lo que cambia es la integración. Se deben alinear, calibrar y sincronizar múltiples sensores para que sus datos puedan fusionarse con precisión. La ingeniería es manejable, pero agrega una complejidad que los objetivos de precios por sí solos no capturan. DeVos dice que las opciones de diseño de MicroVision reflejan esa realidad. "Los fabricantes de automóviles no compran ni un solo sensor de forma aislada", afirma. "Están diseñando un sistema de percepción, y el costo sólo importa si el sistema en su conjunto es viable". Esas compensaciones a nivel del sistema ayudan a explicar dónde es más probable que aparezca primero el lidar de bajo costo. La mayoría de los sistemas avanzados de asistencia al conductor hoy en día dependen de cámaras y radares, que son significativamente más baratos que el lidar. Las cámaras proporcionan información visual densa, mientras que el radar ofrece datos fiables de alcance y velocidad, especialmente en condiciones meteorológicas adversas. Radha estima que el lidar sigue siendo aproximadamente un orden de magnitud más caro que el radar automotriz. Pero a precios en el rango de $100 a $200, esa brecha se reduce lo suficiente como para cambiar las decisiones de diseño. “En ese punto, el lidar se vuelve atractivo debido a su capacidad superior en detección y seguimiento precisos en 3D”, dice Radha. En lugar de reemplazar los sensores existentes, un lidar de menor costo probablemente los aumentaría, añadiendo redundancia y mejorando el rendimiento en entornos complejos que son un desafío para los sistemas de percepción electrónica. Esa mejora incremental se alinea más estrechamente con la forma en que se implementan las características de ADAS hoy que con el salto a la autonomía total del vehículo. MicroVision no es el único que persigue el lidar de estado sólido, y varios proveedores, incluidas las empresas chinas Hesai y RoboSense y otros proveedores importantes como Luminar y Velodyne, han anunciado objetivos de costos a largo plazo por debajo de $500. Lo que distingue las afirmaciones actuales es el enfoque explícito en precios inferiores a 200 dólares vinculados al volumen de producción en lugar de futuros prototipos o pruebas piloto limitadas. Algunos competidores continúan priorizando el rendimiento de largo alcance para los vehículos autónomos, lo que eleva los costos. Otros han evitado afirmaciones agresivas sobre precios hasta que obtengan compromisos firmes de producción por parte de los fabricantes de automóviles. Esa cautela refleja un desafío estructural: alcanzar precios al nivel del consumidor requiere una demanda grande y predecible. Sin él, pocos proveedores pueden justificar las inversiones en fabricación necesarias para lograr verdaderas economías de escala. Evaluación de las métricas de rendimiento del Lidar Incluso si el lidar de bajo costo se vuelve fabricable, queda otra pregunta: ¿cómo se debe juzgar su desempeño? Desde una perspectiva de ingeniería de sistemas, Radha dice que los hitos de costos a menudo eclipsan las métricas de seguridad. “El objetivo clave de ADAS y los sistemas autónomos es mejorar la seguridad”, dice. Sin embargo, no existe una métrica adoptada universalmente que exprese directamente las ganancias de seguridad de una configuración de sensor determinada. En cambio, los investigadores se basan en puntos de referencia de percepción como la precisión promedio media, o mAP, que mide con qué precisión un sistema detecta y rastrea objetos en su entorno. Incluir estas métricas junto con los objetivos de costos, dice Radha, aclararía qué rendimiento se preserva o se sacrifica a medida que caen los precios. IEEE Spectrum ha cubierto ampliamente el lidar, a menudo centrándose en los avances técnicos en escaneo, alcance y resolución. Lo que distingue el momento actual es el renovado enfoque en la economía en lugar de la capacidad bruta. Si el lidar de estado sólido puede alcanzar de manera confiable un precio inferior a 200 dólares, no invalidará el escepticismo de Elon Musk, pero debilitará uno de sus cimientos más sólidos. Cuando el costo deje de ser la objeción dominante, los fabricantes de automóviles tendrán que decidir si dejar de lado el lidar es un juicio técnico o estratégico. Esa decisión, más que cualquier afirmación sobre el precio, puede determinar si el lidar finalmente se convierte en un componente rutinario de los sistemas de seguridad de los vehículos.
