人靠眼睛看路，无人车也是。激光雷达就是无人车的“眼睛”。

　　伴随自动驾驶的落地，原来主要用于三维扫描的激光雷达，成为自动驾驶汽车的必备，甚至决定着自动驾驶行业的进化水平。但在这个切中行业要害的领域，国货几乎没有话语权。

　　激光雷达不可取代

　　激光雷达是个传感器，自带光源，主动发出激光，感知周围环境，像蝙蝠通过超声波定位一样。

　　按照自动驾驶L1—L5的等级划分，L3及以下属辅助驾驶或低级别自动驾驶，L4、L5才算得上高级别自动驾驶甚至无人驾驶。目前的自动驾驶都处于L3以下阶段，毫米波雷达甚至摄像头都能够满足汽车的视觉需求，特斯拉就应用了前者。但要想发展到高级别自动驾驶阶段，受测距、分辨率、精度、信息全面性的影响，激光雷达不可替代。

　　激光雷达可以精准测距：通过获取激光打在物体上并返回接收器的时间，乘以光速即可获得。由于打出的每一束光都带有相对位置信息，激光雷达可以利用算法实时生成汽车周围环境的高清数字地图，进行目标跟踪和识别。国内主流激光雷达企业北科天绘总经理张智武向科技日报记者介绍，激光雷达的扫描精度高、没有畸变，毫米波雷达只知道前方有障碍物，并不能准确描述大小和形状。

　　激光数据是矢量数据，计算机可以分类、提取、处理，自动辨别车道线、挡车柱、交通标识牌、树木等，这也是其他传感器做不到的。

　　激光雷达常以线数区分，并通常设计为2的指数级，如4线、8线、16线、32线、64线及问世不久的128线顶级测试产品。线数是指激光发射光源数，16线产品有16个光源，以此类推。目前能上路的自动驾驶汽车中，凡涉及激光雷达者，使用的几乎都是美国Velodyne的产品。这家公司成立于1983年，位于硅谷，其激光雷达产品是行业标配，占八成以上市场份额。

　　“芯片化”才能瘦身降价

　　线数决定激光雷达的分辨率。激光雷达以旋转扫描的方式工作，一个光源扫一圈，得到一条360度的水平环形视线，这也是为什么无人车顶的“大花盆”都要不停旋转。光源越多，视线越密集，实时地图的分辨率越高。张智武以素描类比：素描由线条构成，线条越密，画越清晰。

　　最早的国产16线产品于2016年推出，目前最高40线。

　　制造多线数激光雷达，国内厂商普遍面临工艺繁琐的问题。以传统方式增加激光雷达线数就像拼接越来越宽的暖气片，造成产品体积成倍放大，同时极大增加量产难度。据激光雷达企业饮冰科技CEO金元浩介绍：“现有工艺条件下，提高线数需要增加印制电路板的数量，激光雷达的体积也会随之大幅增加。尺度和集成度必须兼顾。”

　　国外厂商之所以能做出64甚至128线的激光雷达，内部元件的芯片化起到决定作用：缩减激光雷达的体积、减少散热、有助于量产。

　　这需要容量大、传输速度快、信息处理高效的专用芯片。目前国内激光雷达企业一般购买德国osram发射器。对此，国内智能汽车研究专家黄武陵强调“核心芯片，尤其是发射器和探测器，国产化程度、抗干扰等方面需要提高”。

　　不同于手机芯片，接收芯片不追求单位面积晶体管数量最多，但对分辨率有更高要求。原来需求少，一年几万片，这两年风口突然转向高分辨率的高质量传感器，接收芯片生产工艺不成熟，技术能力不足。“激光信号的接收对集成度要求很高，原来做1×1的单点传感器，现在汽车对分辨率要求高，要1064×768。”金元浩说。按自主工艺生产这个分辨率的产品，与半块汽车前挡风玻璃大小相当，用起来不现实。因此，国货正在从分辨率没那么高的芯片起步追赶。

　　自主研发 备战量产市场

　　国内有研究所、激光雷达厂商正在自主研发发射芯片和接收芯片，但都处在初级阶段，产品尚未定型。“车载激光雷达是小众行业，近几年随着国内L2级自动驾驶的发展才有市场，行业技术储备不够，人力投入不足。”金元浩说。他所在的公司就在做16线激光雷达的发射芯片，但也是用低价产品抢占市场份额。

　　线数相同，不同产品的效果也不尽相同。据金元浩介绍，精度、稳定性、分辨率等参数与主流产品还有差异。尤其国产激光雷达的稳定性相对不足，汽车行业又对安全性要求极高，测试时间长，本来不大的市场，更难觅国货踪迹。

　　激光雷达贵，一在必需，二在紧俏。这是一个完全意义上的卖方市场。Velodyne 16线产品年初价格减半后仍达4000美元，百度智能车搭载的64线产品（也是目前市场适用的最高级）约8万美元，比一般汽车都贵。价格是无人车量产和商业化的拦路虎。

　　正因如此，国产激光雷达才要攻关。据张智武介绍，北科天绘的16线产品去年卖价5万元人民币，今年不到3万元，和Velodyne 16线的折扣相当，“一旦做出来，售价就腰斩”。议价空间之外，自动驾驶一旦从测试走到量产，激光雷达市场巨大，国货不能拱手让人。

　　新的技术方案也在出现，“激光雷达正往固态化方向发展，国内厂商需要抓住新的方向，与国外同行同步发展。”黄武陵说。相对于传统的360度机械旋转激光雷达，固态激光雷达基于电子部件进行数据读写，去除了机械旋转部件，是革命性技术。这条新赛道上，国内厂商可与国外同行站上同一起跑线。

据美国防务新闻网近日报道，在美海军水面舰队协会的年度研讨会上，美海军“圣安东尼奥”级“圣安东尼奥”号船坞运输舰（LPD-17）及LX（R）两栖船坞登陆舰项目经理布莱恩·梅特卡夫上校透露，美国海军最早将于2018年秋，以“圣安东尼奥”级“波特兰”号船坞运输舰为搭载平台，对一款新型激光武器进行技术验证。
为LPD-28“波持兰”号集成激光武器，是自2014年以两栖运输舰“庞塞”号为平台对LaWS激光武器系统进行演示验证以来，美海军首次将激光武器系统集成在军舰之上。目前，美海军尚未制定计划为“圣安东尼奥”级两栖船坞登陆舰12号舰“劳德代尔堡”（LPD 28）号，或者是13号舰LPD-29，也就是下一代LX两栖船坞登陆舰，集成激光武器系统。

　　“波持兰”号

　　不过，他还指出，激光武器系统在舰上的时间是不确定的，具体情况取决于这种系统的性能。“我的推测是，如果它有效，而且他们也喜欢它，那么它可能会在舰上部署一段时间。未来军舰就有可能会配备这种系统。”

　　此次测试的新型激光武器系统，是美国海军研究办公室LaWS激光武器系统的下一代继承者。身为“圣安东尼奥”号船坞运输舰（LPD-17）及LX（R）两栖船坞登陆舰的项目经理，梅特卡夫上校负责管理军舰的建造，但他自称并不知道新型激光武器的具体功率或性能。

　　据梅特卡夫上校称，他还在等待美国海军研究办公室的图纸，然后才能敲定最后的集成计划。然而，美海军已经决定将新型激光武器系统安装在军舰的甲板上，该系统及其动力模块，将会被安装在通常用于放置垂直发射单元的位置。

　　据梅特卡夫上校称，该系统不会被集成进入军舰的作战系统。但他还补充称，这种集成在未来是有可能发生的。

　　美军舰载激光武器验证系统

　　据梅特卡夫上校称，此次技术验证旨在测试激光武器的性能。此前，美海军还曾考虑过将新型激光武器系统安装在“阿利·伯克”级驱逐舰或“美国”级两栖攻击舰上，但在对“波特兰”号同级船坞运输舰“阿灵顿”号及其他军舰进行检查后，综合考虑了舰上冷却、功率、空调、空间和重量预留量等多种因素，最终选择以两栖船坞运输舰作为技术演示验证平台。

　　不过，在激光武器的战场使用方面一直有很多争议。低功率的激光武器在技术上已经非常成熟，但只是可以造成人眼眩晕或致盲，以及对精密武器造成致盲，属于干扰性武器。目前也只有美国军方有少量的使用，其他国家几乎没有。

　　目前美军激光武器都还在试验阶段，展示的成果也都是靶场上的试验结果，包括2013年在导弹驱逐舰“Dewey”的主炮位上加载的激光器也从未在实战中应用，并且其威力也仅仅适用于低空近距离防御。

　　不久前，在国外媒体的报道中，美国军方十分自信地发布了有关舰载激光武器的视频片段。一架真实尺寸的试验无人机在受到激光武器的打击后，瞬间起火坠毁在大洋之中。视频中展示的就是舰艇上加载的激光武器。

　　但不少美国专家指出，作为武器，激光实际上有很多限制。随着传输距离的增加，距离越远，激光的能量也会越发散。这不仅仅是对于激光武器来说，对于激光的很多应用，距离都是一个致命的弱点。

　　所以，不少专家认为，激光武器永远都不可能替代常规武器。但是对于激光武器的研究，美军这样的计划已经进行了几十年。可以说，也在一点一点取得进步和突破，但是进展来的比较慢。所以，未来将会有什么变化，还需要我们拭目以待。　（作者署名：石江月）

4月16日上午，应北京理工大学研究生院、冲击环境材料技术国防重点实验室、爆炸科学与技术国家重点实验室、安全与防护协同创新中心的共同邀请，加州大学圣地亚哥分校的杰出教授Marc A Meyers做客北理工“百家大讲堂”（第18期），作题为《用高能脉冲激光研究材料极端动态行为》的学术报告，材料学院教师王琳主持报告会，机电学院院长陈鹏万以及来自材料学院、机电学院、宇航学院等150余名师生聆听此次报告。

报告会上，M Meyers教授回顾了他与爆炸结缘于1966年的长久历史。报告讲述了高能短脉冲激光辐照在固体材料表面，可以在极短时间内（纳秒）产生几十到上百GPa压强的冲击波并沿着传播方向迅速衰减。利用这种技术可以产生其他实验手段所达不到的极高应变速率（10＾6／s～10＾9／s）。在这种极端条件下，材料的力学响应与准静态和低速冲击状态下有着显著不同。因此，高能激光作为一种独特的实验方法，结合先进的原位测量和后续的材料表征技术，为研究材料在极端条件下的行为提供了绝佳的机会。例如，切应力在冲击过程中的作用，位错的速度，位错滑移／孪晶转变，材料的理论强度，层裂过程中孔洞产生的机理，冲击诱发的固态相变、非晶化等等。与此同时，由于在时间尺度上的相似性，短脉冲激光产生的高应变速率也能够和分子动力学的模拟进行直接对比。因此，后者作为一种强有力的工具，能够帮助理解实验中观察到的现象。本次报告系统总结了在过去和现在利用这种方法论在不同材料体系取得的研究成果，从面心立方金属（铜）到体心立方金属（钽）到钻石结构（硅，锗）的半导体，和开放结构的共价键材料（碳化硅，碳化硼）。

Marc Meyers教授的报告向同学们展示了一代世界杰出材料科学家的多年来的研究成果，报告引起了与会师生的浓厚兴趣。教授报告后，在场师生与教授进行了深入热烈的讨论，大家纷纷表示受益匪浅。

【主讲嘉宾简介】

Marc Meyers，加州大学圣地亚哥分校的杰出教授。他的研究领域涵盖了材料的力学行为的诸多领域，主要包括材料的动态行为，纳米材料，以及生物材料三大方向。其中在材料动态行为这个领域，Meyers教授从1972年就开始专注于材料在高速变形下的物理、化学现象，至今已有46年。他出版于1994年的经典教材《Dynamic Behavior of Materials》（翻译成为中文教材《材料动力学行为》）高度总结了他的研究成果并被同行广泛引用（约2300次）。Meyers教授是美国矿产、金属及材料学会，美国物理学会，美国金属学会的会士。获得的荣誉和奖项包括：中科院力学所钱学森讲席教授，中科院金属所李薰讲席教授，美国物理学会冲击物理奖，矿产、金属、材料学会教育家奖，德国洪堡学者奖金，DYMAT Rinehart奖等等。Meyers教授作为作者和合作者发表了近500篇学术论文，编写了4本教材。其中：《力学冶金》，《材料的动力学行为》，以及《材料的力学行为》被翻译成中文，在国内广受好评。Meyers教授是巴西科学院和卢森堡科学院院士。

用数字制造工具升级“尺子”：激光切割显神威

中国有句成语叫做“尺有所短，寸有所长”，说的就是要用合适的尺寸去测量物体。要想测量得更加精确，你需要用正确的“姿势”来使用尺子。准备以下材料和工具：一台可以上网的电脑；CorelDRAW或其他二维设计软件；激光切割机及要加工的2－3mm板材。制作过程如下：

第一步：尝试自己设计一把普通的直尺。对于一把尺子来说，最重要的是保证刻度的精确。所谓刻度，就是标记在尺子上的长度单位。我们通常在尺子上使用的长度单位是公制单位毫米（mm）和厘米（cm）。

在CorelDRAW软件中，制作一个最普通的直尺，只要先画一个矩形的图形，再在上面按照毫米为单位，画出刻度就可以了。比如要制作一个20厘米刻度、以厘米为单位刻度的尺子，先拉出一个大约21厘米长，3厘米宽的矩形，在画上21条间隔1厘米的短线即可。

第二步：在激光切割机加工出尺子。在激光切割机上加工尺子也有小窍门，刻度、数字、单位等不能切透，要在激光切割软件上学会分层输出。以LaserCAD软件为例，我们可以将尺子的轮廓设置为一个图层，使用切割方式加工，刻度、数字、单位文字等不要切下的部分设置为另一个图层，使用“雕刻”方式加工，或使用非常小的功率“切割”，只画出轮廓，不会切断，这样才能做出一把能用的尺子。

第三步，想要一把游标卡尺。在创客们的开源世界里，有很多大咖都在自己制作工具，而且乐于分享。比如在Thingiverse网站上的duckythescientist先生用激光切割机制作了一把精巧的游标卡尺，附尺由三片木片组成，用螺丝钉固定在一起，嵌套在主尺的外面，可以在主尺上左右滑动，测量精度可以达到0．05mm。要知道同样精度的一把游标卡尺，在某宝上要卖几十元甚至几百元呢。

只要你有创客工具，就可以自己设计制作一把属于自己的工具，岂不乐哉？

记者获悉，今年我国在继续抓好“中国制造2025”既定目标任务实施的同时，还将在强化创新、补齐短板、促进融合、优化结构、扩大开放、营造市场环境六个方面加大力度，将出台推动重大短板装备创新发展指导性文件，并启动一批重大短板装备工程项目，提高供给能力。

制造业补短板迫在眉睫

  目前，我国高端装备制造业发展强劲，在工业中的比重不断提高，但作为制造业大国，“大而不强”的矛盾依然存在。研究机构数据显示，尽管我国装备自给率达85%，但主要集中在中低端领域；在高端装备领域，80%的集成电路芯片制造装备、40%的大型石化装备、70%的汽车制造关键设备及先进集约化农业装备仍依靠进口。

  下一步，我国将在六个方面着力提升制造业核心竞争力：一是以更大力度加强自主创新。抓好国家制造业创新中心建设，抓好关系国计民生和产业命脉的大飞机、发动机、新材料、新能源汽车、5G、集成电路、工业互联网等重点领域科技创新。二是夯实基础，补齐短板。继续强化实施工业强基工程，针对重点领域的短板、弱项，加快工程化步伐，力争尽快具备自主保障能力。三是推动融合发展。继续突出两化融合主线，推进新一代信息技术与制造业深度融合，促进制造业进一步向数字化、网络化、智能化方向发展。培育一批工业互联网平台，做大做强集成电路和软件等基础产业，继续支持一批智能制造试点，培育一批系统解决方案的供应商。大力度推进军民融合深度发展。四是要优化产业结构。继续下大力气推进传统产业腾笼换鸟和升级换代，加快培育新动能，大力发展工业机器人，智能网联汽车、人工智能、大数据等新兴产业。五是营造公平竞争的市场环境。研究进一步降低制造业企业税费负担，进一步清理规范涉企收费，加大金融对实体经济的支持力度，进一步完善产权制度建设，六是扩大制造业开放，加快汽车、船舶飞机等行业全面开放，加强“中国制造2025”与全球制造业对接合作。

  业内人士指出，核心技术不能一直靠进口，补足先进制造业短板已迫在眉睫。目前，鼓励新经济的政策陆续出台，未来在加强自主创新、核心技术支持方面将不断加大力度，减税降费力度也将不断加大。

加快发展先进制造业

  工业和信息化部新闻发言人陈因25日表示，下一步，要加快发展先进制造业，增强中高端供给能力。将统筹推进“中国制造2025”五大工程，实施新材料产业“折子工程”，推动互联网、大数据、人工智能和制造业深度融合，大力培育新动能。加快传统产业优化升级，全面提升先进制造业质量优势。推动信息消费扩大升级，制定发布信息消费发展指南，深化国家信息消费试点示范城市创建，推动智能家居、可穿戴设备、虚拟显示、区块链等热点产品及服务创新研发。营造有利于提高制造业供给质量的良好环境，最大限度降低制度性交易成本，对新技术新业态采取鼓励创新、包容审慎的监管模式。

  陈因指出，我国集成电路产业快速发展，整体实力显著增强，产业规模快速发展壮大。但在芯片设计、制造能力和人才队伍方面还存在差距，需要进一步加快发展，加快推动核心技术突破，加强国际间产业合作。目前，集成电路发展基金正进行第二期募集资金，欢迎各方企业参与基金募集。

  招商证券认为，从长远来看，我国必须加快自主创新步伐，尖端科技产业国产化势在必行，具有较强自主创新能力的企业将长期受到政策支持。从主题角度来看，国家将加大对短板产业如集成电路、光模块等的支持力度，长期看好集成电路、云计算、创新药、OLED、军工等主题。

  华泰证券认为，未来五年内，中国制造业产业格局有望由传统中低端为主向中高端为主转型升级。建议重点关注已具备一定核心技术，同时契合“中国制造2025”重点突破方向的高端制造业细分产业，主要包括：集成电路、军工、大飞机、先进材料、高端机床、核心零部件等。在机械装备领域，持续看好高铁、工程机械等全球优势产业龙头公司，同时看好集成电路装备和机器人等快速成长行业中的技术实力型公司。