自動運転カーの実現で大きな位置を占める「LIDAR」について
人工知能(AI)を使って周囲の状況を把握しながら走行する自動運転カーの多くは、レーザーを用いて周囲の物体の位置関係を把握する「LIDAR(ライダー)」と呼ばれる装置を搭載しています。いわば自動運転カーの要ともいえるLIDARですが、その開発にはまだ多くの課題が残されているようです。
LIDARは「Light Detection And Ranging」の頭文字をとった略語で、レーザー光線を利用して周囲の物体の位置関係や距離を把握するリモートセンシング技術の1つです。音波を利用する「レーダー」よりも波長の短いレーザー光線を使用することでより細かな距離の測定が可能で、100メートル離れた物体との距離を数cm単位で把握することが可能です。
現在最もよく見られるLIDARの装置は、以下のような自動車の屋根の上に搭載され、高速で常に回転するタイプのもの。
筒状の装置に組み込まれた鏡にレーザー光線を反射させて周囲に照射し、戻ってくるまでの時間を測定することで、自車との位置関係と距離を測定するという装置です。なお、この車両自体は数年前にGoogleが自動運転カーの開発に用いていたものですが、現在でも基本的な形状や仕組みは大きく変化していません。
センシング技術にカメラとレーダーを使っているテスラなどの例を除き、自動運転カーの実現にはこのLIDARが欠かせないものとなっています。しかし、急激な進化の過程にある自動運転カー技術の世界において、実際にはLIDAR関連の分野が追いついていないという状況が生じているとのこと。従来のLIDARの市場は非常にニッチなものであり、需要そのものが限られていたため、現在のような急激なニーズの増加に対応しきれておらず、開発そのもののペースが追いついていないといいます。
そのことを象徴するのが、LIDAR装置の「大きさ」といえます。
以下の車両はUBERが開発に用いている自動運転カーのプロトタイプですが、屋根の上には大きな装置が載せられており、さらにその頂点にまるで煙突のように突きだしたLIDARが載っています。
周囲を把握するという目的から、LIDARが可能な限り高い位置に設置されることが好ましいという事実はありますが、最新技術である「自動運転カー」という響きにはおよそ似つかわしくない大きさの装置が、ぐるんぐるんと回転する姿はちょっとした時代のズレを感じても仕方ないといえそう。
また、開発が追いついていないという実情は、そのまま「コストの高さ」にも結びついているとのこと。1基あたり数千ドルから1万ドル(数十万円〜百万円)レベルというLIDARの価格は自動車の部品としては極めて高額なものとなり、現状ではとても普及段階を考えるような段階に達していないと言わざるを得ません。
このような状況もあり、自動運転カーの開発の現場では数々の混乱が生じている状況です。2017年2月には、「自動運転カーにまつわる企業秘密を盗まれた」として、Googleの自動運転カープロジェクトを引き継いで独立した新会社「Waymo」が配車サービスを提供していて自動運転技術にも取り組んでいるUberと、その子会社Otto(OttoMotto・Otto Tracking)を訴えるという事態に発展しています。Waymo(＝Google)が開発してきたLIDARの機密性の高い資料を、元従業員のAnthony Levandowski氏が持ち出してOttoに持ち込んだのではないか、というのがWaymoの訴え。Ottoはもともとスタートアップ企業でLIDARの開発を行っており、Uberが買収した理由もこのLIDARにあったと考えられています。
「LIDAR(ライダー)」の極小チップ化に成功
「レーダー」のような電波ではなく、紫外線・可視光線・近赤外線などを用いて遠距離にある対象までの距離や性質を分析できるリモートセンシング技術が「LIDAR(ライダー)」です。
マサチューセッツ工科大学(MIT)と国防高等研究計画局(DARPA)は、ライダーのセンサーを1個の極小チップ上に搭載することに成功しており、自動運転カーやロボットの認識技術が進化することが期待されています。
ライダー(Light Detection And Ranging)はレーダーに似た技術ですが、波長の長さが電波の10万分の1レベルのレーザー光線を用いるため、レーダーでは検出できない物質や、エアロゾルや雲の粒子などの小さな物質の検出に適しています。ライダーはロボット技術の発展にも重要で、もしレーダーしか搭載していないロボットを作っても小さな物質を検出できないため、複雑な対象の分析に苦労することになります。
ライダーは光線を放射して反射信号を受け取ることで対象の距離を測定し、その際に距離だけでなく対象物の移動速度や材料組成なども測定可能。周囲の複数のポイントを測定することで完全3Dモデルも作り出すことができます。近年ではライダーは自動運転カー・ロボット工学・地質学・海洋マッピング・ドローンなどの分野で使われており、ライダーは自律的に動作するほぼ全てのロボットに不可欠なシステムとなっています。
今日使われるほとんどのライダーシステムは、レーザーやレンズのような光学コンポーネントと受信機を必要とします。
これらのライダーシステムは装置のサイズ・複雑性・過酷な環境での長期信頼性などにより精度が制限されています。市販の最先端のライダーシステムは1000ドル(約10万円)〜7000ドル(約72万円)で販売されており、コストは装置のサイズが小さいほどに高額になります。
小型であれば自動運転カーやロボットに搭載しやすくなりますが、高価なライダーモジュールを搭載することは、製品化にあたって障害となってしまいます。
MITのフォトニック・マイクログループはこの高価で大型のライダーシステムのモジュールをマイクロチップに搭載させることに成功し、商用のCMOS工場で安価に大量生産するという試みを行っています。
この「ライダー・チップ」は直径300mmの大径ウェハー上に製造することで、1つあたり10ドル(約1000円)という低価格で年間数百万ユニットの生産量を見込んでいるとのこと。ライダー・チップには可動式の機構を用いないビーム・ステアリングが搭載され、現行の機械式のライダーシステムの1000倍以上の速度を実現しており、スキャン速度も高速化できるとのこと。
MITはライダーのチップ化を実現するためにシリコン・フォトニクスの開発から着手し、10年の開発研究期間を経てシリコン・フォトニクスをコンピューターのマイクロプロセッサなどと同じ量産ラインで製造する手法も開発済みとのこと。
現時点でのライダーチップは最大2メートル・最小5cmの範囲をスキャンすることができ、1年以内に10メートルまで拡大される予定。最終的に走査可能距離は100メートルに達する見通しも立っています。
Googleの自動運転カーに搭載されているライダーシステムは7万5000ドル(約770万円)以上のコストがかかっているのですが、ルーフ上に360度を見渡せる巨大な装置を搭載している状態。MITのライダー・チップは数年で商用化される予定なので、低コストで見た目もスッキリした自動運転カーの登場に一役買うことができそうです。
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