Disaini väljakutsed
Usaldusväärsete autonoomsete süsteemide projekteerimisel on palju disainiprobleeme. Selles peatükis käsitletud AV-konveieri esiotsa puhul keskenduvad väljakutsed elegantsele tööle mitmesugustes töötingimustes (ODD), andurite jõudlusnäitajates ja tarneahela probleemides.
Ilm on autonoomsete süsteemide peamine ebakindluse allikas, kuna see halvendab otseselt anduri jõudlust, kuid selle mõju varieerub oluliselt maa-, õhu-, mere- ja kosmosevaldkonnas. Maapinnal võivad vihm, udu, lumi ja tolm oluliselt kahjustada optilisi andureid (kaamerad, lidar) hajumise, sumbumise ja oklusiooni kaudu, mõjutades samal ajal ka radarit mitme tee ja segaduse kaudu, muutes taju ja objektide klassifitseerimise autonoomsete sõidukite peamisteks kitsaskohtadeks. Õhusüsteemides mõjutavad ilmastikumõjud, nagu jäätumine, turbulents ja konvektiivtormid, nii andurit kui ka sõiduki dünaamikat; lennundusele on aga kasulik struktureeritud andur (nt radar, inertsiaalsüsteemid, GPS) ja hästi arenenud ilmastiku vältimise protseduurid, mis võimaldavad autopiloodisüsteemidel püsida tugevana seni, kuni ohtlikke piirkondi välditakse. Meresüsteemid seisavad silmitsi merepihu, laine liikumise ja madala kontrastsusega keskkonnaga seotud püsivate väljakutsetega, mis halvendavad nägemissüsteeme ja põhjustavad andurite mõõtmiste ebastabiilsust, kuigi radar ja sonar pakuvad üksteist täiendavat vastupidavust. Kosmoses puudub traditsiooniline “ilm”, kuid analoogsed keskkonnamõjud - nagu päikesekiirgus, kosmilised kiired ja termilised äärmused - mõjutavad andurite töökindlust ja elektroonikat, mis nõuavad kiirguskindlat disaini ja koondamist. Kõigis valdkondades on peamine erinevus see, et ilm (või selle ekvivalent) mitte ainult ei vähenda andurite täpsust, vaid suurendab ka ebakindlust oleku hindamisel ja otsuste tegemisel, muutes andurite liitmise, koondamise ja tõenäosusliku arutluse ohutu autonoomse töö tagamiseks hädavajalikuks.
Lisaks kasvab elektromagnetilise (EM) energia kasutamine tänapäevastes transpordikoridorides kiiresti kolme peamise teguri tõttu. Esiteks on mobiilsidevõrkude laiendamine reisijate pideva telekommunikatsiooni toetamiseks intensiivistanud ümbritsevat EM-i. Teiseks on aktiivsete andurite (nagu radar ja LiDAR) laialdane integreerimine sõidukitesse toonud kaasa täiendavaid kõrgsagedusallikaid. Kolmandaks rakendavad taristuettevõtjad teeäärsetes üksustes (RSU-des) aktiivset anduritehnoloogiat, et võimaldada sõidukitevahelise infrastruktuuri (V2I) sidet ja jälgimist. Sellest tulenev aktiivsete EM-allikate kontsentratsioon on visuaalses ribas suhteliselt hästi arusaadav, võttes arvesse väga peegeldava tsiviilinfrastruktuuri kujundamist ja öiste häirete meetodeid. Kõigi anduriviiside puhul pole aga sama hoolt tehtud. Aktiivsed andurid loovad eriti maapealsete ja õhutranspordi (õhutaksokoridoride) jaoks tihedaid EM-energiakoridore, mis tõstatavad häirete, kooseksisteerimise ja ohutusega seotud uusi väljakutseid, mida pole veel kirjeldatud.
Lisaks ilmastikule ja EMI-le peavad andurid olema piisavalt täielikud, et tagada katvus tsiviilehituse infrastruktuuri piirangute korral. Olulised aspektid hõlmavad kurvide käsitlemist, sisse- ja väljalülitamistrampe, sildu, tunneleid ja palju muud. Disaineri jaoks on anduri tüübi, andurite arvu ja andurite maksumuse vahel keeruline kompromiss. Õhu-, mere- ja kosmosesüsteemide puhul on võimsus ja kaal samuti peamised probleemid.
Lõpuks on pooljuhtide äristruktuuri tõttu kulud ja tarneahel tihedalt seotud. Pooljuhtide kulude ja mahu vahelist suhet kujundavad põhimõtteliselt kõrged püsikulud ja madalad piirkulud, mis loovad võimsa mastaabisäästu. Pooljuhtide tootmine nõuab tohutuid eelinvesteeringuid tootmisrajatistesse (fabs), protsesside arendusse ja maskikomplektidesse – sageli kogusummas miljardeid dollareid –, samas kui iga täiendava kiibi tootmise lisakulud (kui fab töötab) on suhteliselt madalad. Tootmismahu kasvades amortiseeritakse need püsikulud suurema arvu ühikute pealt, mis vähendab ühe kiibi maksumust. Seda dünaamikat tugevdavad õppimiskõvera efektid (mida kirjeldatakse sageli Wrighti seaduses), kus saagikuse parandamine, protsesside optimeerimine ja defektide vähendamine vähendavad kumulatiivse mahuga veelgi ühikukulusid. Kuid see seos ei ole lineaarne: täiustatud sõlmed (nt alla 5 nm) toovad kaasa kasvavaid maski- ja tööriistakulusid, mis nõuavad äärmiselt suuri mahtusid, et olla majanduslikult elujõulised, samas kui väiksema mahuga või spetsiaalsed kiibid (nt autotööstus, lennundus) sõltuvad sageli küpsetest sõlmedest, kus kulud on stabiilsemad, kuid vähem agressiivselt optimeeritud. Selle tulemusel on pooljuhtide tööstuses tugev seos mastaabi, tehnoloogia sõlme ja turunõudluse vahel, kusjuures eesrindlik innovatsioon on majanduslikult õigustatud peamiselt suuremahulistes rakendustes, nagu olmeelektroonika ja andmekeskuste andmetöötlus.
Täiustatud pooljuhid võivad oluliselt parandada funktsioonide, võimsuse ja kulude jõudlust. Tihti määrab aga selle, kas kiip ehitatakse, mahu ökonoomsus. Tänapäeval domineerivad pooljuhtide tsüklis tarbekaubad. Autotööstuse turud pakuvad keskmise tasemega mahtu ja muud viisid (lennu-, kosmose-, meresõidukid) on väga väikese mahuga turud. Sellest tulenev disainiprobleem on kas kasutada tarbijaturult täiustatud pooljuhtkiipe, kuid ohutuspiirangutega. Teise võimalusena kasutage madalama astme pooljuhtkiipe, kuid lahendage jõudluse/võimsuse/kulu/kaalu väljakutsed.
