堅固的微鏡可以將激光雷達帶到更多汽車上
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五年前，埃里克·阿吉拉爾 （Eric Aguilar） 受夠了。
他在特斯拉和谷歌 X 研究激光雷達和其他傳感器多年，但這項技術似乎總是太昂貴，更重要的是，不可靠。當激光雷達傳感器損壞時，他更換了它們——這種情況太頻繁了，而且似乎是隨機的——并開發(fā)了復雜的校準方法和維護程序，只是為了保持它們的運行和汽車的駕駛能力。
因此，當他走到盡頭時，他發(fā)明了一種更強大的技術——他稱之為“有史以來最強大的微型機器”。
Aguilar 和他在初創(chuàng)公司 Omnitron Sensors 的團隊開發(fā)了新的微機電系統(tǒng) （MEMS） 技術，他聲稱該技術每單位面積可以產生比其他任何技術都大的力。通過為微鏡提供新水平的功率，該技術能夠精確控制激光雷達的激光束，即使在經受危險因素和開闊道路的顛簸和撞擊時也是如此。隨著汽車行業(yè)客戶測試芯片，歐尼特龍現在正在修改技術以降低人工智能數據中心的功耗。
激光雷達是一種掃描和檢測系統(tǒng)，使用激光來確定物體的距離，自動駕駛汽車經常采用激光來尋找障礙物和導航。阿吉拉爾說，盡管激光雷達市場預計將以每年 13.6% 的速度增長，但近年來激光雷達在汽車行業(yè)的使用仍然相對停滯，部分原因是該技術的壽命太短了。
在華盛頓大學研究光子系統(tǒng)的莫力說，崎嶇不平的道路和惡劣環(huán)境條件帶來的振動是汽車激光雷達最大的可靠性殺手。自動駕駛汽車頂部激光雷達封裝內的光學對準很微妙——鋪路工作不善造成的震動可能會物理改變后視鏡在外殼中的位置，從而可能使光束錯位并導致系統(tǒng)故障。他解釋說，或者溫度波動可能會導致零件膨脹或收縮，并產生同樣的不幸結果。
阿吉拉爾想知道哪個部件最常損壞，發(fā)現罪魁禍首是掃描儀，這些部件負責調整將激光束引導出系統(tǒng)外殼的小鏡子。他想制造能夠承受激光雷達面惡劣條件的掃描儀，而硅彎曲作為一種解決方案脫穎而出。阿吉拉爾聲稱，這些結構就像彈簧一樣，可以像標準金屬彈簧那樣對激光雷達系統(tǒng)內的鏡子進行細致的控制，而不會磨損。
設計更好的芯片
阿吉拉爾希望這種新材料能夠解決困擾他的問題，但即使是硅彈簧也無法使激光雷達系統(tǒng)像它們所面臨的因素那樣堅固。
為了使激光雷達更加強大，Omnitron 的團隊旨在通過增加設備可用于控制激光雷達陣列中反射鏡的力來設計更強大的 MEMS 芯片。他們聲稱已經實現了這一點——他們說，他們的芯片在定位微鏡或其他傳感器組件的執(zhí)行器上每單位面積可以施加 10 倍的力，這是當前行業(yè)標準的 10 倍。這種額外的力允許在微調中進行極其有價值的控制。
為了達到這一成就，他們必須深入挖掘——從字面上看。
Omnitron 的微鏡可控制激光雷達波束，并可用于數據中心。全尼龍
在這種 MEMS 器件中，反射鏡及其執(zhí)行器被蝕刻到單個硅片中。在其非鏡面端，執(zhí)行器覆蓋著微小的、間隔緊密的板，這些板安裝在晶圓中的溝槽之間，就像兩個梳子的互鎖齒一樣。為了移動鏡子，需要施加電壓，當電場拉過溝槽側壁時，靜電力通過在溝槽內上下移動板來將鏡子傾斜到特定位置。
可用于移動鏡子的力受到溝槽深度與寬度之比（稱為縱橫比）的限制。簡而言之，溝槽越深，施加到執(zhí)行器上的靜電力就越大，從而導致傳感器的運動范圍更大。但建造又深又窄的戰(zhàn)壕是一項艱巨的工作。克服這個限制因素是阿吉拉爾的必要條件。
Aguilar 表示，Omnitron 能夠改進他指出的 MEMS 典型的大約 20：1 的縱橫比（其他專家說 30：1 或 40：1 現在更接近平均水平），通過在美國各地的小型大學鑄造廠進行實驗和原型設計，達到 100：1“這確實是我們的核心突破，”Aguilar 說?！罢峭ㄟ^鮮血、汗水、淚水和沮喪，我們創(chuàng)辦了這家公司?！?/p>
阿吉拉爾說，這家初創(chuàng)公司已經從汽車合作伙伴那里獲得了超過 8 億美元的意向書，并且已經實施了為期 18 個月的計劃，以證明它能夠以全需求率生產其芯片。
李說，即使在驗證了生產能力之后，該技術也必須在振動、熱循環(huán)和雨水等現實條件下連續(xù)數千小時進行“非常嚴格”的安全測試，然后才能上市。
節(jié)省電力
與此同時，Omnitron 正在應用其技術來解決不同行業(yè)面臨的不同問題。到 2030 年，人工智能數據中心預計需要約 945 太瓦時才能運行，比日本今天的消耗量還要多。問題在于“數據移動的方式”，Aguilar 說。當數據從數據中心的一個部分發(fā)送到另一個部分時，光信號被轉換為電信號，重新路由，然后轉回光信號以在途中發(fā)送。這個過程發(fā)生在稱為網絡交換機的系統(tǒng)中，會消耗大量電力。
該公司聲稱，谷歌的解決方案名為 Apollo，是在傳輸期間以光信號的形式保留數據包，這可以節(jié)省 40% 的電力。阿波羅通過使用鏡像陣列來引導數據來做到這一點。Aguilar 計劃使用 Omnitron 更強大的鏡子的密集陣列使這一過程更加高效。Aguilar 說，這樣做可以通過將每個交換機中的通道數從 126 個增加到 441 個，使每個網絡交換機可以路由的數據量增加四倍。
Omnitron 仍處于數據中心實施的早期階段，因此尚不清楚這項技術可以在多大程度上真正改進谷歌的 Apollo。然而，在 9 月中旬的“關鍵設計審查”之后，“世界頂級人工智能超大規(guī)模企業(yè)之一已要求我們的鏡子用于他們的下一代交換機，”阿吉拉爾說。“這證明 Omnitron 解決了即使是最大的人工智能基礎設施公司也無法在內部解決的問題。”
而且可能會有更多的應用。Aguilar 說，Omnitron 已經收到了國防工業(yè)、航天公司和對甲烷檢測感興趣的團體的意見?！翱吹饺藗?yōu)榇饲梦覀兊拈T真是太酷了，因為我只是專注于激光雷達，”他說。
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