מרצפות מפעלים ומרכזי מימוש ועד למוקדי הפצה, האוטומציה מואצת. רובוטים, מלגזות ופלטפורמות ניידות מעבירים כעת חומרים, בודקים מוצרים ומתאמים עם עובדים אנושיים, והכל בסביבות שהולכות ונעשות דינמיות.
שינוי זה יצר עלייה בביקוש לחישה מתקדמת: טכנולוגיות המאפשרות למכונות לתפוס את סביבתן בדיוק, מהימנות ומודעות הקשרית של מפעיל אנושי מיומן.
שוק אוטומציית המחסנים העולמי צפוי לצמוח מכ-30 מיליארד דולר בשנת 2025 ליותר מ-60 מיליארד דולר עד 2030, כאשר רובוטיקה מובילה את החיוב בשיעורי צמיחה דו-ספרתיים שנתיים. האתגר הוא שרבים מהחיישנים-המצלמות, המכ"ם והלידר הקונבנציונלי- של היום אינם יכולים לעמוד בקצב המורכבות או קנה המידה של האוטונומיה התעשייתית.
כדי להפוך את "הכל אוטונומי" לאפשרי בייצור ובלוגיסטיקה, טכנולוגיית החישה חייבת להיות קטנה יותר, בעלת יכולת גבוהה יותר ובמחיר סביר באופן דרמטי.
מדוע החישה חשובה יותר מתמיד
מערכות ראייה היו חיוניות לאוטומציה של משימות שחוזרות על עצמן, אך לעתים קרובות הן נכשלות היכן שהדיוק, המהירות והשונות הסביבתית מצטלבים.
מצלמות נאבקות עם בוהק, צללים ותנאי תאורה נמוכים-.
חיישני זמן--טיסה (ToF) מספקים מפות עומק שימושיות אך מאבדים את דיוק הטווח לאורך מרחק ותחת תאורה בהירה.
לידרים קונבנציונליים אך נשארים מוגבלים בדייקנות, יקרים וקשים לקנה מידה עבור פריסות-בנפח גבוה.
סביבות אוטומציה תעשייתיות מוסיפות מורכבות נוספת: עטיפת כיווץ מבריקה, משטחי מתכת מחזירי אור, אבק ורעידות יכולים כולם להפריע לביצועי החישה. רובוטים העובדים זה לצד זה חייבים גם להימנע מהפרעות-בדיבור כאשר עשרות חיישנים פועלים בו זמנית.
התוצאה היא דרישה גוברת לסוג חדש של חישה תלת-ממדית-כזו המשלבת דיוק תת--סנטימטר, אינטגרציה קומפקטית וחסינות בפני תאורה או רעשי סביבה.
עתיד האוטומציה תלוי בתפיסה ניתנת להרחבה כמו שהיא מדויקת. זה המקום שבו-FMCW lidar המבוסס על שבבים עושה את הקפיצה ממעבדה למחסן.
FMCW lidar: מדידת מרחק ותנועה יחד
אחת מפריצות הדרך המבטיחות ביותר היא לידר מסוג FMCW (Frequency Modulated Wave Continuous), טכנולוגיה המשתמשת באותו עיקרון טווח כמו מכ"ם, המיושם על אור, ומביאה לרזולוציה גבוהה יותר בסדר-של-גודל.
בניגוד ל-ToF lidar המסורתי, שמודד את זמן החזרה של פעימות לייזר, FMCW lidar פולט קרן רציפה שתדירותה "מצפצפת" בהתמדה. כאשר האור המוחזר חוזר, הוא מעורבב באופן קוהרנטי עם עותק של האות המשודר. תדירות הפעימה המתקבלת חושפת גם את המרחק לעצם וגם את מהירותו היחסית.
מדידה כפולה זו פותחת מספר יתרונות קריטיים עבור אוטומציה תעשייתית:
טווח ומהירות בסריקה אחת, מבטל חישובי ריבוי-פריים
חסינות לאור שמש ואור הסביבה, מכיוון שהמערכת מזהה תדר, לא בהירות
חופש מ-דיבור צולבות, אפילו בסביבות מרובות-רובוטיות צפופות
יחס רעש-ל-אות גבוה, שמירה על דיוק דרך ערפל, אבק או בוהק
במונחים מעשיים, FMCW lidar יכול לספק תמונה מפורטת-רב-ממדית-עומק, רפלקטיביות ותנועה-לאפשר למכונות לראות לא רק היכן נמצאים עצמים, אלא כיצד הם נעים.
פוטוניקת סיליקון: המפתח ללידאר הניתן להרחבה
בעוד FMCW מספקת פיזיקת חישה מעולה, פוטוניקת סיליקון מספקת מדרגיות.
על ידי שילוב פליטת האור, היגוי האלומה והזיהוי הקוהרנטי על גבי שבב פוטוני יחיד, פוטוניקת סיליקון מבטלת את הצורך באופטיקה מגושמת, יישור מורכב וחלקים נעים. התהליך משתמש בבתי יציקה בוגרים של מוליכים למחצה- מאותו הסוג שמייצרים רכיבי datacom- המאפשרים לבנות חיישני לידאר בקנה מידה של רקיק.
התוצאות יכולות לכלול:
הַזעָרָה:חיישנים קטנים מספיק כדי להטמיע בזרועות רובוט או רובוטים ניידים אוטונומיים (AMR).
אֲמִינוּת:פחות חלקים נעים להישחק או להיסחף.
מחיר סביר:עלויות הייצור יורדות בסדרי גודל באמצעות ייצור-בנפח גבוה.
עֲקֵבִיוּת:שבבים מכוילים- במפעל מבטיחים ביצועים אחידים בצי.
ארכיטקטורת ה-FMCW המשולבת של Voyant מדגימה את המגמה הזו, ומשיגה אינטגרציה של "lidar-על-שבב- עם הפולט והמקלט על אותו קובייה. העיצוב הזה הופך את חישת התלת-ממד המתקדמת לניתנת לייצור כמו מעבד או חיישן מצלמה, ומביא אותו בהישג יד של פריסה בקנה מידה הממנף את היכולת האקספוננציאלית של תעשיית הסיליקון.