超材料的商業(yè)化,Lumotive的專利壁壘優(yōu)勢(shì)

據(jù)報(bào)道，獲比爾蓋茨投資的美國(guó)西雅圖激光雷達(dá)（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(shù)，這是一種非比尋常的創(chuàng)新技術(shù)方案，其它競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手鮮有應(yīng)用。

在眾多用于先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動(dòng)駕駛汽車（AV）的傳感器中，火熱的LiDAR仍然是各種創(chuàng)新技術(shù)的搖籃。不過，欣欣向榮的另一面也反應(yīng)LiDAR市場(chǎng)仍處于萌芽狀態(tài)，百家爭(zhēng)鳴的同時(shí)難言哪種技術(shù)方案能夠真正獲得成功。根據(jù)著名市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole發(fā)布的《汽車和工業(yè)應(yīng)用的LiDAR-2018版》報(bào)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(dá)（LiDAR）產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的主要投融資事件

數(shù)據(jù)來源：《汽車和工業(yè)應(yīng)用的LiDAR-2018版》

Lumotive剛剛進(jìn)入這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的創(chuàng)新領(lǐng)域，希望利用其超材料技術(shù)，超越那些更為成熟的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。Lumotive專利保護(hù)的創(chuàng)新技術(shù)方案被稱為“液晶超表面”（Liquid crystal metasurfaces, LCM）技術(shù)。

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(guān)鍵技術(shù)”，為L(zhǎng)umotive開發(fā)真正全固態(tài)LiDAR打開了新大門。基于超材料的光彎曲特性，Lumotive液晶超表面芯片可以不依賴傳統(tǒng)機(jī)械LiDAR中的旋轉(zhuǎn)部件，而操縱激光束的偏轉(zhuǎn)。

當(dāng)然，Lumotive并不是第一個(gè)提出非機(jī)械掃描的LiDAR廠商。眾多采用MEMS反射鏡或光學(xué)相控陣的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手已經(jīng)宣稱，它們的LiDAR不包含或使用很少的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。

不過，Colleran強(qiáng)調(diào)，Lumotive的差異化優(yōu)勢(shì)在于液晶超表面半導(dǎo)體芯片具有更大的光學(xué)孔徑（25 x 25 mm）。這使其LiDAR可以獲得更大的探測(cè)范圍。據(jù)Lumotive稱，120度視場(chǎng)結(jié)合快速隨機(jī)接入波束控制技術(shù)，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(hào)編程，可以將反射光引導(dǎo)到120度視場(chǎng)內(nèi)的任何方向

產(chǎn)品上市計(jì)劃

對(duì)于產(chǎn)品發(fā)布計(jì)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(jí)產(chǎn)品可能還需要兩年多的時(shí)間。不過，Colleran對(duì)于“遲到”的車規(guī)級(jí)產(chǎn)品表示很淡定，因?yàn)樗麄僉iDAR的市場(chǎng)機(jī)遇可以拓展至汽車應(yīng)用以外的領(lǐng)域，包括工業(yè)、機(jī)器人和無人機(jī)等。

Lumotive預(yù)計(jì)其LiDAR還可以進(jìn)入售后市場(chǎng)（不需要車規(guī)級(jí)認(rèn)證）。Lumotive似乎看起來有很長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃，期望以更低的成本進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)汽車市場(chǎng)，不過，Colleran認(rèn)為這仍然需要數(shù)年時(shí)間。

根據(jù)Yole的研究報(bào)告，投資有些過熱的LiDAR市場(chǎng)未來將分“階段”發(fā)展。第一波浪潮源自競(jìng)爭(zhēng)激烈的傳統(tǒng)機(jī)械LiDAR；從今年開始的第二波浪潮是采用MEMS技術(shù)的LiDAR，將比上一代LiDAR更小、更便宜；光學(xué)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(shù)方案將代表未來的第三波浪潮。

超材料

Lumotive和超材料技術(shù)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(jié)構(gòu)材料”。超材料的優(yōu)勢(shì)是可以對(duì)其特性或相關(guān)器件進(jìn)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(shè)計(jì)方法”，是可以實(shí)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(guó)杜克大學(xué)（Duke University）物理學(xué)教授、超材料研究領(lǐng)域的先驅(qū)David Smith解釋說，超材料商業(yè)應(yīng)用的一個(gè)很好的例子是Kymeta公司的平板天線技術(shù)。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(shí)也是Kymeta公司的高級(jí)顧問。

Kymeta公司利用了超材料的“特殊架構(gòu)”，其天線可以在無需移相器、相關(guān)放大器或其他組件的情況下，在其表面的每個(gè)點(diǎn)進(jìn)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(yīng)用超材料設(shè)計(jì)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。可以簡(jiǎn)單地通過激活或停用天線元件，控制其相位和振幅。

應(yīng)用于Kymeta天線的超材料架構(gòu)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(yīng)用于微波頻率，但是，Lumotive是第一次為光學(xué)應(yīng)用開發(fā)的動(dòng)態(tài)超材料。

Lumotive利用人工結(jié)構(gòu)化表面來控制電磁波是獨(dú)一無二的。“但是，將超材料應(yīng)用到光學(xué)領(lǐng)域涉及一系列問題，”David Smith說，“首先，光學(xué)方面的競(jìng)爭(zhēng)更加艱難，因?yàn)楣鈱W(xué)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(xué)問題，這為我們的超材料技術(shù)帶來了機(jī)遇?！?/p>

超材料的商業(yè)化，Lumotive的專利壁壘優(yōu)勢(shì)

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(shí)驗(yàn)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(xué)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(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)投資公司，是美國(guó)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(shù)商業(yè)化，但David Smith稱，由于Intellectual Ventures擁有世界領(lǐng)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(xiàng)技術(shù)商業(yè)化，并且也確實(shí)取得了實(shí)質(zhì)進(jìn)展。

Lumotive始于ISF孵化器，擁有這種LiDAR特定應(yīng)用的超材料架構(gòu)的“獨(dú)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(dú)立出來運(yùn)營(yíng)。

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(zhǎng)元件來控制激光。因?yàn)樗捎?a target="_blank">半導(dǎo)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(shí)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(jì)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(jìng)爭(zhēng)

如今，主流的LiDAR主要基于機(jī)械旋轉(zhuǎn)組件。Waymo也在近期宣布，它將開始向不與Waymo自動(dòng)駕駛計(jì)劃競(jìng)爭(zhēng)的公司出售其Laser Bear Honeycomb激光雷達(dá)。

Waymo在宣布該消息時(shí)稱，它正在向自動(dòng)駕駛以外的供應(yīng)商提供這些傳感器，例如機(jī)器人、安防和農(nóng)業(yè)技術(shù)等。Waymo的Laser Bear Honeycomb比在自動(dòng)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(shù)仍然是機(jī)械旋轉(zhuǎn)式的。

福特汽車投資10億美元的自動(dòng)駕駛創(chuàng)業(yè)公司Argo AI也有自己的LiDAR，由位于美國(guó)新澤西的Princeton Lightwave開發(fā)（2017年被Argo AI收購(gòu)）。Princeton Lightwave是一家Flash LiDAR開發(fā)商，采用了蓋革模式LiDAR（Geiger-mode LiDAR）技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)數(shù)字化探測(cè)并處理光子。

這些自動(dòng)駕駛領(lǐng)先開發(fā)商都已經(jīng)擁有了自己的LiDAR技術(shù)。那么，像Lumotive這樣的創(chuàng)業(yè)公司如何打入市場(chǎng)呢？

Colleran表示：“首先，這是個(gè)好消息。因?yàn)樗凳玖诵袠I(yè)需求還遠(yuǎn)未滿足，促使這些領(lǐng)先廠商開發(fā)自己的LiDAR。當(dāng)然，壞消息是這些自動(dòng)駕駛領(lǐng)先廠商無法成為L(zhǎng)umotive的潛在客戶了。”

從Yole的分析報(bào)告來看，對(duì)于眾多LiDAR創(chuàng)業(yè)公司來說，它們的首要任務(wù)是與Tier 1建立密切的合作伙伴關(guān)系，成為供應(yīng)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(shí)候?qū)で蟮谝惠喨谫Y。

關(guān)于Lumotive

Lumotive成立于2018年，由微軟創(chuàng)始人比爾蓋茨投資，是一家總部位于西雅圖的創(chuàng)業(yè)公司，專注于為自動(dòng)駕駛汽車開發(fā)高性能LiDAR系統(tǒng)。該公司的LiDAR解決方案基于其液晶超表面（Liquid Crystal Metasurfaces）專利的革命性光束操縱技術(shù)，提供了前所未有的高性能組合（探測(cè)范圍、分辨率及幀速率），并已經(jīng)為大規(guī)模應(yīng)用做好了準(zhǔn)備（成本、可靠性及尺寸）。