ในการเคลื่อนที่ของมนุษย์ เรากำลังเผชิญกับภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกครั้งใหญ่บนเส้นทางสู่การเดินทางที่ปลอดภัยและยั่งยืน ความแพร่หลายของ เซมิคอนดักเตอร์ ในรถกำลังเพิ่มความต้องการพลังงานอย่างเห็นได้ชัด ในเวลาที่โลกกำลังพยายามบรรลุความยั่งยืนด้านพลังงาน เราจะแบ่งการเติบโตของเซมิคอนดักเตอร์ยานยนต์กับความยั่งยืนได้อย่างไร
ระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดเล็ก (MEMS) และเซ็นเซอร์มีบทบาทสำคัญในการรับรองความมีประโยชน์และความปลอดภัยของยานพาหนะอัตโนมัติ (AV) และการพัฒนาล่าสุดมีความสำคัญต่อการบรรลุความยั่งยืน
การเคลื่อนย้าย "ชีวิต"
เรามาคุยกันเล็กน้อยเกี่ยวกับวิวัฒนาการของ MEMS และแนวโน้มปัจจุบันของยานยนต์เชื่อมโยงกับสิ่งที่เราเรียกว่ายุค "ชีวิต" อย่างไร
ประมาณ 20 ปีที่แล้ว เราเริ่มต้น “ยุคออฟไลน์” ขณะนั้น เมมส์ เทคโนโลยี สามารถเปลี่ยนแนวคิดให้เป็นผลิตภัณฑ์ได้ ในโลกยานยนต์ เซ็นเซอร์เฉื่อย MEMS ช่วยให้เกิดนวัตกรรมที่สำคัญ เช่น ถุงลมนิรภัย ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อความปลอดภัยของผู้โดยสารจากการชนของยานพาหนะ
ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา เราได้เปลี่ยนจากยุคออฟไลน์นั้น ซึ่งอุปกรณ์ MEMS เปิดใช้งานคุณสมบัติหรือฟังก์ชันบางอย่างของผลิตภัณฑ์ ไปสู่ยุคที่ทรงพลังกว่ามาก นั่นคือยุค "ออนไลน์" การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับระบบคลาวด์ช่วยให้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานและหลอมรวมเทคโนโลยี ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้ข้อมูลของเซ็นเซอร์พร้อมใช้งานสำหรับทุกระบบนิเวศ ในตัวอย่างยานยนต์ของเรา สิ่งนี้ช่วยให้เปลี่ยนจากการปรับใช้ถุงลมนิรภัยโดยตรงไปสู่การเรียกใช้บริการฉุกเฉินและการรายงานข้อมูลที่เกี่ยวข้องเกี่ยวกับผลกระทบและตำแหน่งของยานพาหนะเพื่อช่วยเหลือผู้เผชิญเหตุ
สิ่งนี้นำเราไปสู่ยุค "ชีวิต" ในปัจจุบัน ที่นี่ไม่มีความแตกต่างระหว่างออนไลน์และออฟไลน์อีกต่อไป แต่มีการผสมผสานพื้นฐานระหว่างเทคโนโลยีและชีวิต เรากำลังพูดถึงระบบที่ระแวดระวังตลอดเวลาและสามารถรับรู้ ประมวลผล และดำเนินการได้
ในเทคโนโลยีการเคลื่อนที่ ตอนนี้เราต้องการยุค "ชีวิต" ที่ยั่งยืนเพื่อมอบคุณสมบัติหลักสองประการ ประการแรกคือความเป็นศูนย์กลางของมนุษย์ที่ปรับปรุงวิธีที่เรามีปฏิสัมพันธ์กับโลกรอบตัวเรา เทคโนโลยีที่เน้นมนุษย์เป็นศูนย์กลางนั้นปลอดภัยและไม่รุกล้ำ และทำหน้าที่เป็นส่วนเสริมของตัวเราในขณะที่เปิดใช้งานในฐานะผู้ช่วยคนขับ คุณลักษณะที่สองคือความยั่งยืนที่จะช่วยให้เราปกป้องโลกที่น่าทึ่งใบนี้ซึ่งเราทุกคนอาศัยอยู่
แล้วเราจะก้าวไปสู่ยุค “ออนไลฟ์” ที่ยั่งยืนได้อย่างไร? เราจำเป็นต้องสร้างการรับรู้ที่ยั่งยืนของโลก ทั้งที่เมื่อก่อนเรามีแค่ก เซ็นเซอร์ (ออฟไลน์) จากนั้นเชื่อมต่อ เซ็นเซอร์ (ออนไลน์) และเซ็นเซอร์ที่สามารถรับรู้ ประมวลผล และดำเนินการ (“มีชีวิต”) ตอนนี้เราต้องการเซ็นเซอร์ที่กำหนดค่าได้เองเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผลข้อมูลและระบบพลังงานต่ำพิเศษ วิวัฒนาการนี้กำลังมาเพราะเราต้องช่วยโลกด้วยการลด CO2 การปล่อยมลพิษเป็นศูนย์สุทธิภายในปี 2050
รถยนต์นั่งส่วนบุคคลมีส่วนของ CO ประมาณ 3 พันล้านตัน2 การปล่อยมลพิษทั่วโลก การใช้พลังงานไฟฟ้ามีบทบาทสำคัญในการลดการปล่อยก๊าซเหล่านี้ลงอย่างมาก ในเวลาเดียวกัน เราจะเห็นการเพิ่มขึ้นอย่างมากในการนำยานพาหนะที่มีระบบอัตโนมัติในระดับที่มากขึ้นและมากขึ้น และสุดท้ายคือระบบอัตโนมัติ
เซ็นเซอร์เฉื่อยสำหรับ AV: ฉลาด ปลอดภัย แม่นยำ
เซ็นเซอร์เฉื่อยอัจฉริยะเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขับขี่อัตโนมัติในระดับที่สูงขึ้น เหล่านี้คือระดับ 3, 4 และ 5 ตามที่กำหนดโดย SAE International นอกจากนี้ยังมีความสำคัญต่อการปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยที่เข้มงวดเพื่อปกป้องผู้โดยสารยานพาหนะ คนเดินถนน และผู้ใช้ถนนคนอื่นๆ
เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดเหล่านี้ พวกเขาต้องมีคุณสมบัติหลักสามประการ: ต้องฉลาด ปลอดภัย และแม่นยำ
แอตทริบิวต์ที่ชาญฉลาดเป็นสิ่งสำคัญ: AV ต้องมีความสามารถในการตอบสนองต่อทุกสถานการณ์ที่เป็นไปได้ พวกเขาต้องขับเคลื่อนด้วยอัลกอริธึม AI ที่สามารถเลียนแบบ (หรือปรับปรุงตาม) พฤติกรรมและเวลาตอบสนองของมนุษย์ ด้วยการประมวลผลที่ผสานรวมโดยตรงภายในเซ็นเซอร์ สิ่งเหล่านี้สามารถวิเคราะห์ข้อมูลเซ็นเซอร์และดำเนินการได้โดยไม่มีความต้องการด้านเวลาแฝงและพลังงานของข้อมูลเซ็นเซอร์จำนวนมหาศาลที่เดินทางไปยังโฮสต์หรือระบบคลาวด์เพื่อการประมวลผล สิ่งนี้ทำให้เวลาตอบสนองเร็วขึ้นในขณะที่ลดพลังงานของระบบลงอย่างมาก
เซ็นเซอร์ที่มีการประมวลผลบนชิปอาจใช้ไมโครแอมป์น้อยกว่าสองสามตัวในการเริ่มต้นแผนผังการตัดสินใจ และน้อยกว่า 10 mA ในการวิเคราะห์ค่าที่อ่านได้ สิ่งนี้มีความสำคัญเนื่องจากการลดกำลังไฟที่จำเป็นในการใช้งาน AV หรือระบบขนาดใหญ่ใดๆ นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความยั่งยืน ลองพิจารณาแอปพลิเคชันง่ายๆ เช่น การตรวจสอบรถยนต์ เซ็นเซอร์อัจฉริยะสามารถตรวจสอบรถได้ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันด้วยความสามารถของ AI ที่ช่วยให้รถสามารถตรวจจับได้ว่ามีการชน ลากจูง หรือทำลายเมื่อจอดรถ หรือสามารถตรวจจับและปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมหรือพื้นผิวถนนเมื่อมีการเคลื่อนไหว
จากนั้นการตั้งโปรแกรมองค์ประกอบที่เหมาะสมในตัวควบคุมบนเซ็นเซอร์สามารถรับประกันความเป็นศูนย์กลางของมนุษย์ของเซ็นเซอร์ และช่วยให้ยานพาหนะนำเสนอโซลูชันที่กำหนดค่าได้เองด้วยการใช้งาน AI แบบเดินสาย พร้อมกับงบประมาณด้านพลังงานที่ปรับให้เหมาะสมซึ่งสามารถนำไปสู่เป้าหมายความยั่งยืน
เซ็นเซอร์เฉื่อยอัจฉริยะจะต้องปลอดภัยเช่นกัน AV ต้องปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยที่เข้มงวดที่สุด เซ็นเซอร์เฉื่อยอัจฉริยะควรช่วยให้ AV สามารถอ่านค่าสภาพแวดล้อมได้อย่างแม่นยำ เนื่องจากรถต้องรู้ว่ารถอยู่ที่ไหนและกำลังจะไปที่ไหน โดยสัมพันธ์กับที่รถทุกคันอยู่และกำลังมุ่งหน้าไป และไม่ใช่แค่ยานพาหนะอื่นๆ AV ต้องรู้ว่าสิ่งกีดขวางทุกแห่งอยู่ที่ไหน เพราะสิ่งกีดขวางนั้นจำเป็นสำหรับการทำงานอย่างปลอดภัยเช่นกัน
ยานพาหนะในปัจจุบันได้รวมวงจรฝังตัวจำนวนมากขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งใช้ระบบความปลอดภัยในการทำงานในฮาร์ดแวร์เพื่อประสิทธิภาพการใช้พลังงาน เซ็นเซอร์เฉื่อยมีบทบาทหลายอย่าง เช่น ในการชดเชยภาพจากกล้องที่ได้รับผลกระทบจากความเอียงและการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการบังคับเลี้ยวและเสียงจากถนน การรับรองความถูกต้องของความปลอดภัยในยานยนต์ระดับ B (ASIL-B) เป็นข้อกำหนดทั่วไปสำหรับระบบประเภทนี้ ในทางกลับกัน ระบบสำหรับการขับขี่อัตโนมัติต้องเผชิญกับข้อกำหนดที่เข้มงวดกว่ามาก โดยเรียกร้องให้มีการรับรอง เช่น ASIL-D เซ็นเซอร์เฉื่อยเจเนอเรชันถัดไปจะได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงสิ่งนี้ มีแนวโน้มว่าจะมาพร้อมกับไลบรารีซอฟต์แวร์ที่ผ่านการทดสอบอิสระเพื่ออำนวยความสะดวกในการรับรองความปลอดภัยตามมาตรฐาน ASIL-B และสูงกว่า
นอกจากนี้ เซ็นเซอร์ต้องแข็งแรง เชื่อถือได้ และสามารถทนต่อสภาวะแวดล้อมที่รุนแรงได้ นอกจากนี้ยังต้องปลอดภัยเพื่อป้องกันการเข้าถึงโดยไม่ได้รับอนุญาตและการละเมิดข้อมูล
ประการสุดท้าย เซ็นเซอร์เฉื่อยอัจฉริยะต้องมีความแม่นยำ AV ต้องการข้อมูลที่แม่นยำและแม่นยำในการทำงานอย่างปลอดภัย เราขอให้รถเหล่านี้ขับเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงโดยมีความคลาดเคลื่อนน้อยกว่า 0.1 องศา และเริ่มการหยุดรถอย่างปลอดภัยซึ่งจะทำให้เครื่องหยุดด้วยความแม่นยำสัมบูรณ์ที่ 20 ซม. นั่นเป็นสิ่งที่เหลือเชื่อและต้องการความแม่นยำเทียบเท่ากับระบบนำทางบนดวงจันทร์ตามปกติ แต่ตอนนี้เราจำเป็นต้องบรรลุสิ่งนี้ด้วยอุปกรณ์ธรรมดาจากพอร์ตโฟลิโอการตรวจจับแรงเฉื่อยมาตรฐานของเรา
การรับรองความถูกต้องของข้อมูลช่วยลดภาระงานในการประมวลผลแอปพลิเคชัน และดังนั้นจึงใช้พลังงานโดยลดความจำเป็นในการขัดเกลาข้อมูลให้เหลือน้อยที่สุด
โปรดทราบว่าเวลาแฝงส่งผลต่อความแม่นยำ: ไม่ว่าความไวจะสูงเพียงใดหรือความละเอียดลึกเพียงใด บริบทจะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นข้อมูลจึงเริ่มไม่ถูกต้องทันทีที่ถูกสร้างขึ้น เวลาแฝงต่ำเป็นคุณสมบัติที่แข็งแกร่งของเซ็นเซอร์อัจฉริยะ
สรุป
เส้นทางสู่รถยนต์ไร้คนขับกำลังก้าวไปข้างหน้า แต่ยังมองไม่เห็นปลายทาง ความท้าทายที่สำคัญยังคงเป็นการขับขี่แบบอิสระอย่างยั่งยืน จากจุดยืนของการพัฒนาเซ็นเซอร์ อย่างน้อยที่สุด เราสามารถพูดได้ว่าเรามีไอเดีย
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา MEMS ที่ล้ำสมัยได้เปิดใช้งานแอปพลิเคชัน ADAS ที่ต้องการความสามารถในการตรวจจับที่มีความแม่นยำสูง แม้ว่าจะเกี่ยวข้องกับการพัฒนาแอปพลิเคชันด้านความปลอดภัยเพียงเล็กน้อยก็ตาม ในทางกลับกัน การผลักดันระหว่าง OEM สำหรับระบบความปลอดภัยขั้นสูงได้กระตุ้นให้เกิดความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในการพัฒนาแอปพลิเคชันด้านความปลอดภัยโดยมีความต้องการความแม่นยำในความสามารถในการตรวจจับที่จำกัด
ตอนนี้ หากเราต้องการเปิดใช้งานเส้นทางการตรวจจับสำหรับอนาคตของยานพาหนะที่ยั่งยืน เราจำเป็นต้องเชื่อมโยงความต้องการสองประการเข้าด้วยกัน: ความปลอดภัยในด้านหนึ่งและความแม่นยำในอีกด้านหนึ่ง อย่าลืมว่าทุกอย่างต้องฉลาดที่สุด ด้วยเซ็นเซอร์ที่กำหนดค่าได้เอง พร้อมการปรับแต่งการประมวลผลข้อมูลในระบบที่ใช้พลังงานต่ำ และท้ายที่สุดนี้จะช่วยให้ผู้ผลิตรถยนต์สามารถนำเสนอโซลูชั่นที่โลกต้องการได้
ไม่ต้องสงสัยเลยว่า AV ที่ยั่งยืนอยู่บนทางหลวงสู่อนาคตของเรา เป็นที่ชัดเจนว่าเซ็นเซอร์เฉื่อยอัจฉริยะ ปลอดภัย และแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่ง เช่นเดียวกับส่วนประกอบยานยนต์ทั้งหมด ส่วนประกอบเหล่านี้ต้องปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยที่เข้มงวดและทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง และจะช่วยให้มั่นใจว่า AV ที่ยั่งยืนจะทำงานได้อย่างปลอดภัยกว่ายานพาหนะที่มีอยู่เดิมและมีประสิทธิภาพสูงกว่ามาก เทคโนโลยี MEMS ที่ยั่งยืนพร้อมสนับสนุนเส้นทางนี้