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Velodyne垄断地位不保,挑战者Luminar制造一台激光雷达仅用8分钟

激光雷达每秒发射数百万个激光点,然后通过测量这些激光反射回来的时间来绘制汽车周围的三维地图。

从 2005 年起,激光雷达就进入了研发阶段。那时,一个名为 Dave Hall 的人为了 Darpa 挑战大赛——一个自动驾驶汽车比赛,制作了一个激光雷达。在那之后的十余年里,如果人们希望为自动驾驶汽车安装上一个激光雷达,那么 Velodyne 是唯一的选择。

然而,近年来,随着许多激光雷达初创公司的诞生,一度占据垄断地位的 Velodyne受到了威胁。更不用提,许多机器人汽车公司也找到了自己的解决办法。

谷歌母公司 Alphabet 旗下自动驾驶公司 Waymo 就投入了多年时间和数百万美元用于开发一套激光雷达专利系统。

通用汽车公司选择收购了一家名为 Strobe 的激光雷达初创公司。正在为福特制造一个机器人驾驶系统的 Argo AI 则收购了一家叫做 Princeton Lightware 的公司。
 
而在激光雷达领域,风头正盛的挑战者是一家名为 Luminar 的硅谷创业公司。去年9月,公司获得了来自丰田的 3600 万美元投资。

近日,Luminar 正式宣布推出最新的激光雷达装置,其视场角为 120 度(这足以看清汽车前方的物体,但最好还是有成对的这样的装置以获取 360 度的视野)。

在首次仅仅生产了 100 个激光雷达装置之后,Luminar 就准备好了要制造数以千计这样的装置。如此一来,不但可以满足如今产业对激光雷达的需求量,而且没准能让自动驾驶汽车对于每个人来说更加便宜。
 
「到今年年底,我们将拥有足够的能力在全球范围内装备几乎所有的用于测试及开发的自动驾驶汽车。」公司 CEO Austin Russell 说道,他在 2012 年,也就是他 17 岁的时候从斯坦福大学辍学并将 Luminar 作为他的全职工作。「激光雷达不再是一个依靠光学博士手工制作出来的东西,而将成为一个合格的汽车系列产品。」
 
在位于奥兰多的一个面积为 136000 平方英尺的光学工业中心里,Luminar 已经将一个激光雷达装置的制造时间从大约一天缩短到了八分钟。在过去的一年中,Luminar 的员工数翻了一倍,达到了 350 人左右。公司还聘请了摩托罗拉的产品专家 Jason Wojack 来领导它们的硬件团队。来自汽车工业供应商 Harman 的 Alejandro Garcia 负责管理生产制造。在 Luminar 位于奥兰多的生产设施中,现在可以在大约八分钟内制造一个激光雷达装置——这曾经要花费一天的时间。

去年,Velodyne 开设了一个「巨型工厂」来提升产能并且制造了 10000 个激光传感器。公司的商业开发负责人 Marta Hall (Dave Hall 的妻子)表示,如果公司愿意的话,每年可以制造出一百万,但是制造大量激光雷达的能力并不足以在这场竞争中获胜。
 
激光雷达(激光定位器)是一种神奇的传感器,不仅比雷达(无线电探测器)测量得更加精确,也比摄像头能适应更多的工作环境。可是有一个重要的问题就是,它太贵了。

Velodyne 生产的可以 360 度观察 300 米距离范围内物体的顶级激光雷达装置的成本约为 75000 美元。尽管批量购买会降低成本,但对于一个能够服务多年以摊销成本的车队来说,这仍然是一个难以承受的价格。

Luminar 使用砷化铟镓(InGaAs)代替硅来制造它的激光雷达接收器(就像你眼睛中视网膜的部分),这使得成本问题变得更加困难。

那么,为什么要用砷化铟镓(InGaAs)代替硅呢?

原因在于,要让激光雷达「看得更远」,就必须发射更强的光脉冲,所以它们必须非常强烈以致于有力量集中远处的物体并且一路反射回来。大多数激光雷达使用波长为 905 纳米的激光。这对于人类来说是不可见的。但是如果它集中到了一个真人的眼球,而且具有足够的能量时,就会损伤人类的视网膜。如果想发射更强的脉冲而不致使人类失明,那就可以使用波长为 1550 纳米的激光,它在光谱的红外线部分距离可见光波段更远(波长越长能量约低,距离可见光越远),因此无法穿透人的眼球。
 
回了硅的问题上。用硅制造的接收器价格低廉,但不能探测到波长为 1550 纳米的激光。砷化铟镓(InGaAs)可以探测到,但却比硅要贵得多。因此,行业标准是使用硅接收波长微 905 纳米的激光,但要接受其能量不会大到损伤人眼但也无法发送到那么远的事实。
 
但是 Russell 坚持使用另外一种选择,即 1550 纳米,这意味着要使用砷化铟镓(InGaAs)制造的接收器。结果是,Luminar 的激光雷达能够发出比它的竞争者能量高出 40 倍的脉冲,所以它的激光雷达可以看到极其黑暗的物体——这种物体可以吸收 95% 的光线——即使光线从 250 米之外发出。Russell 表示,没有人的激光雷达可以在这样的距离上看得如此清楚。
 
但说要用砷化铟镓(InGaAs)制造接收器并不容易。一个大薯片大小的接收器阵列可能会花费数万美元,于是 Luminar 开始自己做接收器。

现在,Luminar 已经是展开第七次迭代实验了,接收器的大小大概是草莓的种子那么大(包括激光和相应的电子器件的整个装置大约有半英尺宽,三英寸深)。接收器包含一个芯片,可以计算出光子存在于世界上的比秒还要短的时间,而成本仅仅为 3 美元。这消除了 Luminar 对于成本的担忧,同时也使得额外的波长范围和分辨率成为了可能。Luminar 激光雷达装置中的接收器,它能检测到反射回来的激光脉冲,其尺寸相当于草莓的种子,售价仅为 3 美元。

Russell 不愿意透露整个激光雷达的确切价格,但他表示,公司的客户十分满意。「也许当自动驾驶汽车厂商终于准备好为人们提供自动驾驶出租车服务时,不会向乘客收取那么多费用。」

 Luminar 的研发团队还设法增加了接收器的「动态范围」。就像人类的瞳孔会根据光照条件扩张一样,激光雷达接收器会被调整到接受特定强度的脉冲(光子在反射回来之前走的越远,它就会变得越弱)。但在把范围设置到接受微弱的信号时,如果它被一个(比设定值)强得多的脉冲击中,接收器就会被烧掉。

Russell 说道:「我们有数不清的炸得粉碎的探测器」。目前,装置已经可以应对较大范围的脉冲强度,一丝烟都不会被烧出来。
 
与此同时,Luminar 已经在研究下一代传感器了。

Russell 表示,新一代传感器将足够便宜,完全可以植入到消费者的汽车中——真正把自动驾驶汽车「看见」的能力转化成一种人们可以买得起的商品。

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