من أرضيات المصانع ومراكز التنفيذ إلى مراكز التوزيع، تتسارع عملية الأتمتة. وتقوم الروبوتات والرافعات الشوكية والمنصات المتنقلة الآن بنقل المواد وفحص المنتجات والتنسيق مع العمال البشريين، وكل ذلك في بيئات ديناميكية بشكل متزايد.
وقد أدى هذا التحول إلى زيادة الطلب على الاستشعار المتقدم: التقنيات التي تسمح للآلات بإدراك محيطها بالدقة والموثوقية والوعي السياقي للمشغل البشري المدرب.
من المتوقع أن ينمو سوق أتمتة المستودعات العالمي من حوالي 30 مليار دولار في عام 2025 إلى أكثر من 60 مليار دولار بحلول عام 2030، مع قيادة الروبوتات بمعدلات نمو سنوية مضاعفة-. ويكمن التحدي في أن العديد من أجهزة الاستشعار الحالية-والكاميرات والرادار وأجهزة الليدار التقليدية-لا يمكنها مواكبة التعقيد أو نطاق الاستقلالية الصناعية.
ولجعل "كل شيء مستقل" في التصنيع والخدمات اللوجستية، يجب أن تصبح تكنولوجيا الاستشعار أصغر حجما، وأكثر قدرة، وبأسعار معقولة بشكل كبير.
لماذا الاستشعار مهم أكثر من أي وقت مضى
لقد كانت أنظمة الرؤية ضرورية لأتمتة المهام المتكررة، لكنها غالبًا ما تفشل عندما تتقاطع الدقة والسرعة والتقلب البيئي.
تواجه الكاميرات صعوبة في التعامل مع الوهج والظلال وظروف الإضاءة المنخفضة-.
توفر مستشعرات زمن-الطيران (ToF) خرائط عمق مفيدة ولكنها تفقد دقة النطاق مع المسافة وتحت الإضاءة الساطعة.
أجهزة الليدار التقليدية ولكنها تظل محدودة الدقة ومكلفة ويصعب توسيع نطاقها لعمليات النشر ذات الحجم الكبير-.
تضيف بيئات الأتمتة الصناعية المزيد من التعقيد: يمكن أن يتداخل غلاف الانكماش اللامع والمنصات المعدنية العاكسة والغبار والاهتزاز مع أداء الاستشعار. يجب أيضًا على الروبوتات التي تعمل جنبًا إلى جنب أن تتجنب-تداخل الحديث عندما تعمل العشرات من أجهزة الاستشعار في وقت واحد.
والنتيجة هي الطلب المتزايد على فئة جديدة من أجهزة الاستشعار ثلاثي الأبعاد-التي تجمع بين الدقة التي تقل عن-السنتيمتر، والتكامل المدمج، والحصانة ضد الإضاءة أو الضوضاء البيئية.
يعتمد مستقبل الأتمتة على الإدراك الذي يكون قابلاً للتطوير بقدر ما هو دقيق. وهذا هو المكان الذي يقوم فيه جهاز كشف FMCW المعتمد على الرقاقة- بالقفز من المختبر إلى المستودع.
FMCW ليدار: قياس المسافة والحركة معًا
أحد أكثر الإنجازات الواعدة هو تقنية ليدار الموجة المستمرة المعدلة بالتردد (FMCW)، وهي تقنية تستخدم نفس مبدأ النطاق مثل الرادار، ويتم تطبيقها على الضوء، مما يوفر دقة أعلى بمقدار -من-.
على عكس ليدار ToF التقليدي، الذي يقيس وقت عودة نبضات الليزر، يصدر ليدار FMCW شعاعًا مستمرًا يكون تردده "ممزقًا" بشكل ثابت. عندما يعود الضوء المنعكس، فإنه يمتزج بشكل متماسك مع نسخة من الإشارة المرسلة. يكشف تردد النبض الناتج عن المسافة إلى الجسم وسرعته النسبية.
يفتح هذا القياس المزدوج العديد من المزايا المهمة للأتمتة الصناعية:
النطاق والسرعة في عملية مسح واحدة، مما يؤدي إلى التخلص من حسابات الإطارات المتعددة-.
مناعة لأشعة الشمس والضوء المحيط، حيث أن النظام يكتشف التردد وليس السطوع
التحرر من التداخل-حتى في بيئات الروبوتات المتعددة- الكثيفة
نسبة إشارة عالية-إلى-ضوضاء، مما يحافظ على الدقة أثناء الضباب أو الغبار أو الوهج
من الناحية العملية، يمكن أن يقدم ليدار FMCW صورة تفصيلية متعددة-الأبعاد-للعمق والانعكاس والحركة-مما يسمح للآلات ليس فقط برؤية مكان الأشياء، ولكن أيضًا كيف تتحرك.
ضوئيات السيليكون: مفتاح الليدار القابل للتطوير
في حين أن FMCW توفر فيزياء استشعار فائقة، فإن ضوئيات السيليكون توفر قابلية التوسع.
من خلال دمج انبعاث الضوء، وتوجيه الشعاع، والكشف المتماسك في شريحة ضوئية واحدة، تلغي ضوئيات السيليكون الحاجة إلى بصريات ضخمة، ومحاذاة معقدة، وأجزاء متحركة. تستخدم العملية مسابك أشباه الموصلات الناضجة-نفس النوع الذي ينتج مكونات datacom-مما يسمح ببناء مستشعرات الليدار على نطاق الرقاقة.
يمكن أن تشمل النتائج ما يلي:
التصغير:أجهزة استشعار صغيرة بما يكفي لدمجها في أذرع الروبوتات أو الروبوتات المتنقلة المستقلة (AMRs).
مصداقية:عدد أقل من الأجزاء المتحركة التي تتآكل أو تنجرف.
القدرة على تحمل التكاليف:تنخفض تكاليف الإنتاج حسب الحجم من خلال التصنيع بكميات كبيرة-.
تناسق:تضمن الرقائق التي تمت معايرتها في المصنع أداءً موحدًا عبر الأساطيل.
تمثل بنية FMCW المدمجة من Voyant هذا الاتجاه، حيث تحقق تكامل "lidar-on-a-chip" مع كل من المرسل والمستقبل على نفس القالب. هذا التصميم يجعل الاستشعار ثلاثي الأبعاد المتقدم قابلاً للتصنيع مثل المعالج أو مستشعر الكاميرا، مما يجعله في متناول اليد على نطاق واسع مما يعزز القدرة الأسية لصناعة السيليكون.