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传感器市场动态:研发创新类智能产品

18 4月 2016

NEPCON 华南电子展    展品范围, 参观预登记,电子制造自动化展区,电子组装

传感器是感知信息的基础元件,随着物联网技术的发展,对传统传感技术又提出了新的要求,运用新原理、新结构、新材料,以实现微功耗、低成本、高可靠性等参数指标的提升、研发更高技术和创新类的智能传感器产品以及拓展新的市场应用领域成了传感器市场的新趋势。

传感器研发趋势

随着微机电系统、激光技术、高科技材料等的技术进步,传感器的研发呈现多样化的趋势,有的利用生物材料模拟人类皮肤,创新传感器的触觉;有的利用MEMS技术研发微型智能化传感器,从而有利于复杂系统的集成;有的利用高精度的激光技术创造激光雷达,从而利于系统实时感知周边障碍物与环境等等。

然而总体而言,传感器的研发过程呈现两阶段的趋势:一、技术创新,根据未能满足的需求开发新产品。在第一阶段中,传感器研发创新的方向源于智能装备、创新设备的需求,研发人员根据使用需求,创新出新型传感器。二、成本降低,应用落地,产品逐步切合产业化需求。在第二阶段中,在研发创新的过程中,为了满足人们对于智能装备产业化应用的需求,研究人员从对技术开发的关注转为对成本下降的关注,以实现传感器大规模生产,智能装备产业化应用的愿景。
3D激光雷达就是这样一种从功能创新中诞生,又开始进入商业化开发的传感器

下面以激光雷达为例,梳理传感器典型的发展趋势。

1. 研发趋势一:技术向高阶延展

3D激光雷达的出现是为了满足系统对于实时空间感知的需求而出现的,无人驾驶汽车、无人机等自主移动式机器人出于空间识别、自主避障、规划路线的目的,需要一个传感器能够实时对于周边环境进行扫描,从而获知周边障碍物和道路的距离信息,由此3D激光雷达应运而生。

3D激光雷达应用最热门的领域莫过于无人驾驶汽车,以3D激光雷达为主导的无人驾驶感知系统是当今无人驾驶领域采取的主流技术路线,但是3D激光雷达的成本一直是此技术路线的痛点。以生产3D激光雷达最为知名的Velodyne公司的产品为例,三款产品按性能最高到底的售价分别为8万美元、2万美元、8千美元。在无人驾驶汽车研发测试阶段,包括谷歌、百度在内的科研机构一直采用8万美元的版本进行测试,据了解,谷歌无人驾驶汽车的总成本约为30多万美元,而该款64线型的3D激光雷达HDL-64占整车成本的25%。

2. 研发趋势二:成本随应用降低

经过了研发第一阶段技术创新以后,成本过高是以3D激光雷达为主的无人驾驶感知系统的主要问题,传感器生产公司对于激光雷达研发的关注点从功能增强转变为成本控制,由此进入了研发第二阶段:降低成本以实现产业化应用。

在素有“电子消费领域科技风向标”之称的2016CES大会上,激光雷达科技企业Velodyne和Quanergy都展出了新型3D激光雷达。Velodyne的PuckAuto和Quanergy的S3与之前相比都是小型化的改良产品。

Velodyne公司的PuckAuto采用32线激光,扫描范围达200米,可以认为是VLP-16的加强版,相比于VLP-16更加切合于无人驾驶汽车的使用需求,相比于另外两款产品价格成本更低。Quanergy公司的S3是与德尔福公司合作开发的固态激光雷达,采用8线激光,内部无旋转部件,可集成于整车内。在此前的报道中,Quanergy公司的CTO表示每台S3成本在200美元。

通过这两个美国科技企业在2016CES上发布的新产品,我们可以得知激光雷达的技术特性正逐步切合无人驾驶领域的产业化需求,去除测试阶段的冗余硬件配置后,成本有望大幅降低。

传感器应用趋势:同类结合、多种组合、场景创新

传感器作为智能装备除人工设置参数以外的唯一输入,其重要性不言而喻。传感器感知外界环境的能力,决定了智能装备信息输入的准确性和丰富性。对于传感器的有效应用的创新,往往也是智能装备功能创新的基础。

同类传感器结合使用,单一功能上的纵向深度结合

这种情况下,系统在单一功能上往往有着极高的需求,为满足系统在单一功能上的高复杂需求,同类传感器有机结合,形成的冗余结构保证了系统在该功能上的安全性。如无人驾驶汽车的感知系统,多种视觉、位置觉传感器的有机结合,形成了相互补充的冗余结构,从而保证了系统能够正确、高效地实时感知外界环境,做出正确驾驶决策。

此时,传感器之间在功能上往往有着主导和辅助的区别和联系,起主导作用的传感器是产品实现的核心技术壁垒。

多种传感器组合使用,多种功能上的横向广度组合

为满足系统多类型、多层次的输入输出需求,多种类型的传感器创新组合,形成智能装备的多种感觉,根据多种感觉形成智能反馈。如情感交互性机器人Pepper以及其他陪护型、早教型机器人等,多种感官的组合形成了视觉、位置觉、听觉等情感感知系统,再通过内部的人工智能算法形成智能反馈。

此时,硬件之间不存在主次之分,系统和算法芯片也同样发挥重要作用。

新型传感器应用于传统设备,赋予设备智能化的生命力

新型智能传感器应用于传统设备,赋予传统设备“感觉”,从而升级为智能设备。如激光雷达与扫地机器人的结合,形成了路径规划式的扫地机器人;血压传感器、心率传感器、位置传感器和手表、手环的结合,形成了集各种健康监控功能于一身的可穿戴式设备等。

这种情况下,由于传统设备本身具备需求,因此是主要一种存量市场的渗透替换现象,而新型传感器应用带来的效果改进具有明显的消费者基础。

1. 应用趋势一:同类传感器叠加,单一功能上的纵向深度组合

以搭载大量传感器的无人驾驶汽车为例。无人驾驶汽车通过感知系统实现自主识别障碍物、道路、交通信号,该系统是机器取代驾驶员的关键。该系统主要由各种“视觉”“位置觉”传感器结合而成,同种类型的不同传感器彼此辅助、弥补,形成多重安全保障,保证了系统的高安全性。

2. 应用趋势二:多种传感器搭配,多种功能上的横向广度组合

多种传感器的组合应用形成的产品创新是最为常见的传感器应用趋势,功能的创新和组合在未来也将催生多种形式的新型智能装备,尤其在家庭应用、社会服务、公共服务等领域。

3. 应用趋势三:新型传感器应用于传统设备,场景创新萌发生命力

新型传感器应用于传统设备是一种场景创新,最典型的案例如出货量处在爆发期的扫地机器人。扫地机器人有随机碰撞式和路径规划式两种,长期来看,路径规划式扫地机器人由于其清洁效率高、脱困能力强、方便快捷等特点将逐步取代随机碰撞式机器人。路径规划式扫地机器人中,又有三种不同技术路线:GPS技术、视觉技术、激光技术。

为了更准确的反映出全球电子制造业的发展趋势,更好满足中国市场和不同专业领域客户的需求,为所有参展商和专业观众提供优质服务,作为电子制造行业内集中展示从表面贴装电子制造自动化设备及技术到印制电路板领域历史悠久且规模出众的展览会之一, NEPCON China中国电子展以敏锐的行业眼光和独特的创新理念顺应潮流并推进着时代需求,在延续其高品质专业性的基础上,紧跟行业创新的步伐策动电子制造展示转型升级,力求通过打造汇聚全球知名电子制造品牌的良性平台,让更多电子领域的新产品、新技术和新工艺得以全面展示,从而有效促进我国电子制造行业的发展。

来源:NEPCON

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