في مجال التنقل البشري ، نواجه معضلة كبيرة على طريق التنقل الآمن والمستدام. انتشار أشباه الموصلات في السيارة تزيد الحاجة الواضحة إلى الطاقة. في وقت يسعى فيه العالم جاهدًا لتحقيق استدامة الطاقة ، كيف يمكننا مواءمة النمو في أشباه موصلات السيارات مع الاستدامة؟
تلعب الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) وأجهزة الاستشعار دورًا حاسمًا في ضمان فائدة وسلامة المركبات ذاتية القيادة (AVs) ، وتعد أحدث التطورات أمرًا حيويًا لتحقيق الاستدامة.
أخذ التنقل "onlife"
دعنا نتحدث قليلاً عن تطور نظام MEMS وكيف ترتبط الاتجاهات الحالية في السيارات بما نطلق عليه عصر "onlife".
منذ حوالي 20 عامًا، بدأنا "عصر عدم الاتصال بالإنترنت". في ذلك الوقت، ممس التكنلوجيا يمكنها تحويل المفاهيم إلى منتجات. في عالم السيارات، مكنت أجهزة استشعار القصور الذاتي MEMS من ابتكارات مهمة مثل الوسائد الهوائية، والتي كان لها تأثير هائل على سلامة الركاب في تصادمات المركبات.
على مدى السنوات العشر الماضية ، انتقلنا من تلك الحقبة غير المتصلة بالإنترنت - حيث مكنت أجهزة MEMS ببساطة ميزات أو وظائف معينة للمنتج - إلى شيء أكثر قوة: عصر "الإنترنت". أتاح توصيل المستشعرات بالسحابة تحسينات في الأداء ودمج التكنولوجيا التي كانت أساسية لإتاحة معلوماتها لأي نظام بيئي. في مثالنا الخاص بالسيارات ، أتاح ذلك الانتقال من نشر الوسادة الهوائية مباشرة إلى الاتصال أيضًا بخدمات الطوارئ والإبلاغ عن المعلومات ذات الصلة حول التأثير وموقع السيارة لمساعدة المستجيبين.
هذا يقودنا بطبيعة الحال إلى عصر "الحياة" الحالي. هنا ، لم يعد هناك فرق بين الاتصال بالإنترنت وغير المتصل. بدلاً من ذلك ، هناك اندماج أساسي بين التكنولوجيا والحياة. نحن نتحدث عن أنظمة يقظة باستمرار ويمكنها الإحساس والتعامل واتخاذ الإجراءات.
في تقنيات التنقل ، نحتاج الآن إلى عصر "onlife" المستدام لتقديم ميزتين رئيسيتين. الأول هو التمحور حول الإنسان الذي يحسن طريقة تفاعلنا مع العالم من حولنا. التكنولوجيا التي تركز على الإنسان آمنة وغير جراحية وتعمل كامتداد لأنفسنا مع تمكيننا من العمل كمساعد للسائق. الميزة الثانية هي الاستدامة لمساعدتنا في حماية هذا الكوكب الرائع الذي نعيش عليه جميعًا.
إذن كيف ننتقل إلى عصر "الحياة" المستدامة؟ نحن بحاجة إلى بناء استشعار مستدام للعالم. بينما في الماضي كان لدينا فقط ملف مدخل بطاقة الذاكرة : نعم (غير متصل) ، ثم متصل مدخل بطاقة الذاكرة : نعم (عبر الإنترنت) ثم جهاز استشعار يمكن أن يستشعر ويعالج ويتصرف ("onlife") ، نحتاج الآن إلى مستشعرات ذاتية التكوين لتحسين معالجة البيانات وأنظمة الطاقة المنخفضة للغاية. هذا التطور قادم لأننا بحاجة إلى إنقاذ الكوكب عن طريق تقليل ثاني أكسيد الكربون2 انبعاثات صافية صفرية بحلول عام 2050.
تساهم سيارات الركاب بحوالي 3 مليارات طن من ثاني أكسيد الكربون2 الانبعاثات على مستوى العالم. الكهربة لها دور مركزي في الحد بشكل كبير من هذه الانبعاثات. في الوقت نفسه ، سنرى أيضًا زيادة كبيرة في اعتماد المركبات مع مستويات أعلى وأعلى من الأتمتة ، وفي النهاية ، الاستقلالية.
أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي للمركبات: ذكية وآمنة ودقيقة
أجهزة الاستشعار الذكية بالقصور الذاتي ضرورية لتحقيق مستويات أعلى من القيادة الآلية. هذه هي المستويات 3 و 4 و 5 ، كما هو محدد بواسطة SAE International. كما أنها ضرورية للامتثال لمعايير السلامة الصارمة المعمول بها لحماية ركاب المركبات والمشاة ومستخدمي الطريق الآخرين.
للوفاء بهذه المتطلبات ، يجب أن يكون لديهم ثلاث سمات رئيسية: يجب أن يكونوا أذكياء وآمنين ودقيقين.
السمة الذكية ضرورية: يجب أن تكون المركبات الذاتية قادرة على الاستجابة لكل سيناريو ممكن. يجب أن تكون مدفوعة بخوارزميات الذكاء الاصطناعي التي يمكنها محاكاة (أو تحسين) السلوك البشري وأوقات رد الفعل. من خلال المعالجة المدمجة مباشرة داخل المستشعر ، يمكن لهذه الأجهزة تحليل بيانات المستشعر وتنفيذ العمليات دون الحاجة إلى الكمون ومتطلبات الطاقة لمجموعات هائلة من بيانات المستشعر التي تنتقل إلى مضيف أو سحابة للمعالجة. يعمل هذا على تسريع وقت رد الفعل مع تقليل قوة النظام بشكل كبير.
يمكن أن تستغرق المستشعرات التي تحتوي على معالجة على الرقاقة أقل من بضعة ميكرو أمبير لبدء شجرة القرار وأقل من 10 مللي أمبير لتحليل القراءات. هذا مهم لأن تقليل الطاقة اللازمة لتشغيل AV أو أي نظام كبير أمر بالغ الأهمية للاستدامة. ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، تطبيقًا بسيطًا مثل مراقبة السيارة. يمكن لأجهزة الاستشعار الذكية مراقبة السيارة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع من خلال إمكانات الذكاء الاصطناعي التي تسمح للسيارة باكتشاف ما إذا كانت تتعرض للاصطدام أو القطر أو التخريب عند الوقوف أو يمكنها اكتشاف الظروف البيئية أو أسطح الطريق والتكيف معها أثناء الحركة.
بعد ذلك ، يمكن أن تضمن البرمجة المناسبة للعناصر في وحدة التحكم على المستشعر تركيز الإنسان على المستشعرات والسماح للمركبات بتقديم حلول قابلة للتكوين ذاتيًا مع تطبيقات AI الصلبة ، إلى جانب ميزانيات الطاقة المُحسّنة التي يمكن أن تساهم في أهداف الاستدامة.
يجب أن تكون أجهزة الاستشعار الذكية بالقصور الذاتي آمنة أيضًا. يجب أن تمتثل المركبات ذاتية القيادة لأكثر معايير السلامة صرامة. يجب أن تمكّن المستشعرات الذكية بالقصور الذاتي المركبات الذاتية من الحصول على قراءة دقيقة لما يحيط بها ، حيث يجب أن تعرف السيارة مكانها ، وأين تتجه ، فيما يتعلق بمكان وجود كل مركبة أخرى وتتجه إليها. وهي ليست مجرد مركبات أخرى ؛ يجب أن يعرف AV مكان وجود كل عقبة ، حيث أن ذلك ضروري أيضًا للتشغيل الآمن.
تعمل مركبات اليوم بالفعل على دمج المزيد والمزيد من الدوائر المدمجة التي تطبق أنظمة السلامة الوظيفية في الأجهزة لكفاءة الطاقة. أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي لها العديد من الأدوار ، مثل تعويض صور الكاميرا المتأثرة بالميل والاهتزاز الناجم عن حركة التوجيه وضوضاء الطريق. عادة ما تكون الشهادة على مستوى سلامة سلامة السيارات B (ASIL-B) مطلوبة بشكل شائع لهذه الأنواع من الأنظمة. من ناحية أخرى ، تواجه أنظمة القيادة الآلية متطلبات أكثر صرامة ، تتطلب الحصول على شهادة لـ ASIL-D ، على سبيل المثال. سيتم تصميم الأجيال القادمة من أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي مع أخذ ذلك في الاعتبار ، ومن المحتمل أن تكون مصحوبة بمكتبات برمجية تم اختبارها بشكل مستقل لتسهيل اعتماد السلامة وفقًا لـ ASIL-B وما فوق.
بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون أجهزة الاستشعار قوية وموثوقة وقادرة على تحمل الظروف البيئية القاسية. يجب أن تكون أيضًا آمنة لمنع الوصول غير المصرح به وخروقات البيانات.
أخيرًا ، يجب أن تكون أجهزة الاستشعار الذكية بالقصور الذاتي دقيقة. تتطلب المركبات المساعدة بيانات دقيقة ودقيقة لتعمل بأمان. نحن نطلب من هذه المركبات القيادة لمدة ساعة واحدة مع أقل من 0.1 درجة من الخطأ والبدء في التوقف الآمن الذي سيؤدي إلى توقف الماكينة بدقة مطلقة تبلغ 20 سم. هذا أمر لا يصدق ويتطلب دقة مماثلة لتلك المتوقعة عادة من نظام التوجيه القمري. ومع ذلك ، نحتاج الآن إلى تحقيق ذلك باستخدام الأجهزة العادية من مجموعة أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي القياسية الخاصة بنا.
يساعد ضمان دقة البيانات في تقليل عبء العمل الخاص بمعالجة التطبيقات ، وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة عن طريق تقليل أي حاجة لتنقيح البيانات.
لاحظ أيضًا أن زمن الانتقال يؤثر على الدقة: بغض النظر عن مدى الحساسية أو مدى عمق الدقة ، يتغير السياق باستمرار ، لذلك تبدأ المعلومات في أن تصبح غير دقيقة بمجرد إنشائها. الكمون المنخفض هو سمة قوية لأجهزة الاستشعار الذكية.
وفي الختام
يتحرك المسار المؤدي إلى مركبة ذاتية القيادة إلى الأمام ، لكن الوجهة غير مرئية بعد. لا يزال التحدي الرئيسي هو القيادة الذاتية المستدامة. من وجهة نظر تطوير أجهزة الاستشعار ، على الأقل ، يمكننا القول أن لدينا فكرة.
في السنوات الأخيرة ، أتاحت أحدث النظم الكهروميكانيكية الصغرى تطبيقات ADAS التي تتطلب قدرات استشعار عالية الدقة ، على الرغم من أنها لا علاقة لها بتطوير تطبيقات السلامة. من ناحية أخرى ، فإن الدفع بين مصنعي المعدات الأصلية لأنظمة السلامة المتقدمة قد حفز التطورات السريعة في تطوير تطبيقات السلامة مع الحاجة المحدودة للدقة في قدرة الاستشعار.
الآن ، إذا كنا نريد حقًا تمكين مسار الاستشعار لمستقبل مركبة مستدامة ، فنحن بحاجة إلى تلبية الحاجتين: السلامة من جانب والدقة من ناحية أخرى. دعونا لا ننسى أن كل شيء يجب أن يكون ذكيًا تمامًا ، مع مستشعرات قابلة للتكوين ذاتيًا ، مع تحسين معالجة البيانات في الأنظمة منخفضة الطاقة. وهذا ، في النهاية ، سيمكن شركات صناعة السيارات من تقديم الحلول التي يحتاجها العالم.
ليس هناك شك في أن المركبات المساعدة المستدامة على الطريق السريع نحو مستقبلنا. من الواضح بنفس القدر أن أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي الذكية والآمنة والدقيقة ضرورية. مثل جميع مكونات السيارات ، يجب أن تمتثل لمعايير السلامة الصارمة وتحمل الظروف البيئية القاسية وستساعد في ضمان تشغيل المركبات المستقلة بشكل أكثر أمانًا من المركبات الحالية وبكفاءة أكبر بكثير. تكنولوجيا النظم الكهروميكانيكية الصغرى المستدامة هنا لدعم هذا المسار.