超材料的商業(yè)化,Lumotive的專利壁壘優(yōu)勢

據(jù)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LiDAR-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LiDAR-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中的旋轉部件，而操縱激光束的偏轉。

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，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度視場內的任何方向

產品上市計劃

對于產品發(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，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。可以簡單地通過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。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”。和已經成功商業(yè)化的Kymeta公司一樣，Lumotive也已經從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”。

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、安防和農業(yè)技術等。Waymo的Laser Bear Honeycomb比在自動駕駛汽車車頂上旋轉的現(xiàn)代LiDAR小得多，但它們的基本技術仍然是機械旋轉式的。

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，能夠實時數(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?！?/p>

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尋求第一輪融資。

關于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，提供了前所未有的高性能組合（探測范圍、分辨率及幀速率），并已經為大規(guī)模應用做好了準備（成本、可靠性及尺寸）。