據(jù)麥姆斯咨詢報道，獲比爾蓋茨投資的美國西雅圖激光雷達（LiDAR）創(chuàng)業(yè)公司Lumotive，近日公布了一種基于超材料的LiDAR光束操縱技術，這是一種非比尋常的創(chuàng)新技術方案，其它競爭對手鮮有應用。
在眾多用于先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛汽車（AV）的傳感器中，火熱的LiDAR仍然是各種創(chuàng)新技術的搖籃。不過，欣欣向榮的另一面也反應LiDAR市場仍處于萌芽狀態(tài)，百家爭鳴的同時難言哪種技術方案能夠真正獲得成功。根據(jù)著名市場研究機構Yole發(fā)布的《汽車和工業(yè)應用的激光雷達-2018版》報告，近幾年來，全球已涌現(xiàn)出60到70家LiDAR創(chuàng)業(yè)公司，吸引了超過8億美元投資。
激光雷達（LiDAR）產(chǎn)業(yè)領域的主要投融資事件
數(shù)據(jù)來源：《汽車和工業(yè)應用的激光雷達-2018版》
Lumotive剛剛進入這個競爭激烈的創(chuàng)新領域，希望利用其超材料技術，超越那些更為成熟的競爭對手。Lumotive專利保護的創(chuàng)新技術方案被稱為“液晶超表面”（Liquid crystal metasurfaces， LCM）技術。
Lumotive聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Bill Colleran稱超材料是一種“關鍵技術”，為Lumotive開發(fā)真正全固態(tài)LiDAR打開了新大門?；诔牧系墓鈴澢匦?，Lumotive液晶超表面芯片可以不依賴傳統(tǒng)機械LiDAR中的旋轉(zhuǎn)部件，而操縱激光束的偏轉(zhuǎn)。
當然，Lumotive并不是第一個提出非機械掃描的LiDAR廠商。眾多采用MEMS反射鏡或光學相控陣的競爭對手已經(jīng)宣稱，它們的LiDAR不包含或使用很少的機械運動部件。
不過，Colleran強調(diào)，Lumotive的差異化優(yōu)勢在于液晶超表面半導體芯片具有更大的光學孔徑（25 x 25 mm）。這使其LiDAR可以獲得更大的探測范圍。據(jù)Lumotive稱，120度視場結合快速隨機接入波束控制技術，確保了LiDAR系統(tǒng)的高性能。
上圖顯示將激光照射到Lumotive的液晶超表面（LCM）芯片，通過芯片上的電信號編程，可以將反射光引導到120度視場內(nèi)的任何方向
產(chǎn)品上市計劃
對于產(chǎn)品發(fā)布計劃，Lumotive首席執(zhí)行官Colleran表示，樣品將在今年第三季度上市，車規(guī)級產(chǎn)品可能還需要兩年多的時間。不過，Colleran對于“遲到”的車規(guī)級產(chǎn)品表示很淡定，因為他們LiDAR的市場機遇可以拓展至汽車應用以外的領域，包括工業(yè)、機器人和無人機等。
Lumotive預計其LiDAR還可以進入售后市場（不需要車規(guī)級認證）。Lumotive似乎看起來有很長遠的規(guī)劃，期望以更低的成本進入大規(guī)模量產(chǎn)汽車市場，不過，Colleran認為這仍然需要數(shù)年時間。
根據(jù)Yole的研究報告，投資有些過熱的LiDAR市場未來將分“階段”發(fā)展。第一波浪潮源自競爭激烈的傳統(tǒng)機械LiDAR；從今年開始的第二波浪潮是采用MEMS技術的LiDAR，將比上一代LiDAR更小、更便宜；光學相控陣LiDAR、閃光（Flash）LiDAR以及Lumotive的液晶超表面LiDAR等完全不同的技術方案將代表未來的第三波浪潮。
超材料
Lumotive和超材料技術密不可分。
用于光束操縱的液晶超表面芯片
超材料被定義為一種“人工結構材料”。超材料的優(yōu)勢是可以對其特性或相關器件進行前所未有的控制。超材料不是一種特定的物質(zhì)，而是一種“設計方法”，是可以實現(xiàn)光束操縱及其它電磁波激發(fā)的新方法。
Lumotive公司顧問、美國杜克大學（Duke University）物理學教授、超材料研究領域的先驅(qū)David Smith解釋說，超材料商業(yè)應用的一個很好的例子是Kymeta公司的平板天線技術。Kymeta公司已經(jīng)將一種新的基于超材料的衛(wèi)星天線成功商業(yè)化。David Smith同時也是Kymeta公司的高級顧問。
Kymeta公司利用了超材料的“特殊架構”，其天線可以在無需移相器、相關放大器或其他組件的情況下，在其表面的每個點進行電子調(diào)向。David Smith表示，過多的移相器和放大器需要成本、功耗以及冷卻裝置。
通過應用超材料設計原理，與相控陣相比，Kymeta能夠顯著提高其平板天線中天線元件的密度?？梢院唵蔚赝ㄟ^激活或停用天線元件，控制其相位和振幅。
應用于Kymeta天線的超材料架構可以適用于Lumotive的LiDAR。David Smith解釋說，不同之處在于，超表面概念之前應用于微波頻率，但是，Lumotive是第一次為光學應用開發(fā)的動態(tài)超材料。
Lumotive利用人工結構化表面來控制電磁波是獨一無二的?！暗牵瑢⒊牧蠎玫焦鈱W領域涉及一系列問題，”David Smith說，“首先，光學方面的競爭更加艱難，因為光學相控陣LiDAR的開發(fā)早已經(jīng)開始了。但基于相控陣的LiDAR也有自己的挑戰(zhàn)，包括它們的密度和熱力學問題，這為我們的超材料技術帶來了機遇?！?/p>
超材料的商業(yè)化，Lumotive的專利壁壘優(yōu)勢
發(fā)現(xiàn)超材料是一回事，能否將其成功商業(yè)化完全是另外一回事。
David Smith以其在電磁超材料方面的理論和實驗研究而聞名，他一直是揭示超材料潛力的先驅(qū)。他與著名的發(fā)明科學基金（ISF）合作密切，ISF是高智（Intellectual Ventures）的投資基金。Intellectual Ventures則是由微軟的Nathan Myhrvold和Edward Jung于2000年創(chuàng)立的知識產(chǎn)權風險投資公司，是美國專利的五大所有人之一（也是一家著名的“專利流氓”）。
雖然其他人也在努力將超材料技術商業(yè)化，但David Smith稱，由于Intellectual Ventures擁有世界領先的超材料專利組合，且ISF擁有自己的創(chuàng)業(yè)孵化器ISF Incubator，因此，Lumotive最有可能將這項技術商業(yè)化，并且也確實取得了實質(zhì)進展。
Lumotive始于ISF孵化器，擁有這種LiDAR特定應用的超材料架構的“獨家許可”。和已經(jīng)成功商業(yè)化的Kymeta公司一樣，Lumotive也已經(jīng)從Intellectual Ventures獨立出來運營。
代工制造
液晶超表面芯片使用基于超材料原理的可調(diào)諧亞波長元件來控制激光。因為它采用半導體制造工藝，Lumotive有信心使其基于液晶超表面芯片的LiDAR“更可靠、更具成本效益并且可以批量生產(chǎn)”。
目前，Keymeta選擇了夏普（Sharp）作為其代工廠，那么Lumotive如何解決其芯片制造問題？
Colleran稱：“在過去一年半的時間里，我們已經(jīng)找了幾家知名的代工廠?！彪m然他表示公司計劃將專注于一家代工廠，但目前拒絕透露這家代工合作伙伴。
多方面的競爭
如今，主流的LiDAR主要基于機械旋轉(zhuǎn)組件。Waymo也在近期宣布，它將開始向不與Waymo自動駕駛計劃競爭的公司出售其Laser Bear Honeycomb激光雷達。
Waymo在宣布該消息時稱，它正在向自動駕駛以外的供應商提供這些傳感器，例如機器人、安防和農(nóng)業(yè)技術等。Waymo的Laser Bear Honeycomb比在自動駕駛汽車車頂上旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)代LiDAR小得多，但它們的基本技術仍然是機械旋轉(zhuǎn)式的。
福特汽車投資10億美元的自動駕駛創(chuàng)業(yè)公司Argo AI也有自己的LiDAR，由位于美國新澤西的Princeton Lightwave開發(fā)（2017年被Argo AI收購）。Princeton Lightwave是一家Flash LiDAR開發(fā)商，采用了蓋革模式LiDAR（Geiger-mode LiDAR）技術，能夠?qū)崟r數(shù)字化探測并處理光子。
這些自動駕駛領先開發(fā)商都已經(jīng)擁有了自己的LiDAR技術。那么，像Lumotive這樣的創(chuàng)業(yè)公司如何打入市場呢？
Colleran表示：“首先，這是個好消息。因為它暗示了行業(yè)需求還遠未滿足，促使這些領先廠商開發(fā)自己的LiDAR。當然，壞消息是這些自動駕駛領先廠商無法成為Lumotive的潛在客戶了。”
從Yole的分析報告來看，對于眾多LiDAR創(chuàng)業(yè)公司來說，它們的首要任務是與Tier 1建立密切的合作伙伴關系，成為供應鏈的一部分。
Lumotive暫未透露其種子輪融資的資金規(guī)模，并表示將在今年晚些時候?qū)で蟮谝惠喨谫Y。