無人機蘊藏龐大商機 擴展設計因應新市場需求

半導體業者強化3D ToF解決方案，讓無人機的自動避障、導航設計更趨實用。Texas Instruments

無人機市場需求驟升，除了新穎的娛樂、競技推升無人機產品市場能見度，其節約成本、智能化與擴增全新的物流、運輸可能性，也讓無人機的商業潛能備受關注，從晶片、系統、半導體業者均期待新市場帶來的新商機...

根據CTA美國消費科技協會(Consumer Technology Association)預估，北美2016年無人機應用市場會售出約285萬部無人機、創造超過9億美元營收！可見這波無人機熱潮帶來的不僅是一個市場新趨勢，而是形成一具體的商業環境生態系，甚至進階應用還能為市場智能化、成本優化提升應用價值。

無人機商機龐大  加強核心設計因應新需求

若從無人機的應用市場觀察，可以發現隨著無人機從市場熱議商品、逐步發展趨向更實用的應用情境，新穎的商業機會創造更趨實際市場價值，而隨之而來的除了主流晶片商、MCU SoC業者紛紛投入開發針對無人機應用設計的解決方案益發成熟，完整的市場架構儼然成形，而新一代無人機除了針對不同應用市場進行垂直深化的產品優化外，現有無人機大體不外乎針對其機動性、更持久的滯空航行時間、更強化的機體結構設計、可應用更重的酬載設計等方面進行優化，以面對更嚴苛且更實用的產品價值而準備。

針對更進階的市場需求，無人機設計必須思考延長滯空時間、擴展航行範圍的必要系統優化，而提升滯空性能關鍵在於驅動無人機的動力系統設計，可從石化燃料或是電力驅動優化著手，而電力驅動系統則可導入太陽能電池作為擴充電力來源，若天候狀態佳、酬載高效能太陽能電池設計也可擴增2~3性能表現。除滯空時間與航行範圍外，其實無人機另一大問題在抗候能力表現方面，例如，台灣天候依季節變化大，如颱風、季節強陣風、海島岸邊的強勢海風等，均考驗無人機的性能表現，必須打造高強度機體、高性能扇葉驅動能力，改善其抗候運動性能。

強化電控系統性能與酬載能力  成投入商用市場關鍵

同時，無人機機體除了運行動力來源的油料或電池酬載外，機體還需酬載電控系統、相機鏡頭、感測或雷達設備，若是運輸類無人機，還需考量運輸貨件的掛載設計，必須從整體無人機參與飛航任務屬性與酬載設備內容進行整合設計，達到最佳穩定的機體構造，同時也不會對機體的機動性、運行效能造成影響，像是機體機構改換碳纖維輕量化材料打造，搭配易拆且容易組構的模組設計，因應不同飛行任務需求，整體設計的複雜度不是光電控系統組構就能達成，系統設計複雜度相當高。

尤其在無人機的電控系統、圖傳系統等，也是發展智能化無人機的重要關鍵，例如晶片大廠Intel與Qualcomm就積極度相當高，已各自專精的技術與資源搶食無人機的電控市場大餅。例如，Intel透過購併德國的Ascending Technologies進軍無人機市場，以Intel的RealSense技術發展更進階的環境辨識、導航應用。

Qualcomm則在2016年CES展推出以Snapdragon嵌入式SoC為基礎的Snapdragon Flight無人機飛控與多媒體應用解決方案，讓原本採多系統分離式設計的無人機產品，也可以善用Snapdragon Flight系統平台為無人機提供結合智能迴避、4K高清攝影等嵌入式運算環境，加速進階無人機產品研發週期。

智能迴避/避障  擴展未來無人機應用價值

尤其在感測與自動迴避技術(Sense-and-avoid Algorithms)方便，也是新一代無人機飛控平台發展的重要關鍵，例如透過購併Intel汲取Ascending Technologies發展的Sense-and-avoid Algorithms技術、搭配RealSense技術團隊資源，開發能實踐智能閃避能力、自動導航、自動跟隨應用的無人機航空器產品。

而Qualcomm則挾其智慧手機、行動運算SoC整合資源，釋出專為無人機應用需求發展的Snapdragon Flight系統平台，在CES展出YING商用無人機，即運用Snapdragon Flight平台的Snapdragon 4K進行超取樣(Supersample)技術實現穩定、高解析度的影像錄製應用，甚至可以擴展以720p視訊串流提供無人機操作者進行第一人視角(First-person view；FPV)形式錄影或進階操控輔助，相關應用平台還能進一步銜接社群平台或連結雲服務應用。

尤其是Snapdragon Flight平台，直接針對無人機飛控與進階需求定義，在平台導入Snapdragon 801嵌入式高效能處理器，同時支援全球定位系統、4K影音錄製、高效連網能力，無人機開發業者即有滿足設計所需的運算與系統資源，不僅讓飛控更具高效運行實力，同時也能達到簡化設計、輕量化系統、降低終端成本效益。

深化垂直應用整合  擴展無人機新應用市場價值

除在硬體、效能、智慧電控進階整合外，無人機的應用發展，也逐步趨向採垂直深化的應用整合發展方向，原有無人機大多僅用於空拍、玩具產品定位，但在2016年的CES展中，會很明顯發現新一代無人機不僅設計更多元，也跳脫空拍應用的市場刻版應用方向。

例如，無人機大廠DJI即與汽車廠Ford各自將其飛航電控系統與車載互聯系統嘗試結合，以Ford SYNC AppLink車載系統、或OpenXC開放平台連接無人機，擴展如利用無人基測繪環境地圖、傳回車載系統作為導航或救災應用，而2016年除能看到無人機與汽車載具整合的應用架構外，無人機市場也能看到如無人機結合急難救助、環境探測、導航、虛擬實際等進階應用，無人機也不僅搭載空拍設備，還能進階擴展如4K高清攝影、360度VR攝影、紅外線熱感應攝影等進階攝影設備。

更有趣的是，為了擴展無人機適應滯空與陸地運行的進階能力，無人機結合多環境運輸技術的進階產品也有對應產品推出，例如B-Unstoppable即發展一款可陸/空兩用的無人機，在無人機遭遇強風或環境限制無法飛行時，也可以變換類似履帶或車輪的運輸模式，適時轉換成可陸地行駛的狀態；另外，無人機大廠Parrot則看準無人機起飛與降落回收的操控難度較高，推出可以僅用拋丟就能自動起飛/降落的DISCO無人機產品，也是兼具實用與趣味的新設計概念。此外在性能方面的提升，例如擴展遠距遙控距離可超過1km、或是時速可達100km/h、能酬載近100kg的貨品等，讓無人機的應用更趨近實用價值。

半導體整合關鍵元件  補足無人機未來應用需求

而為了讓無人機的智能功能更趨實用，發展如智慧避障、進階自動導航等應用，半導體廠商也投入新款感測器開發，導入採ToF(Time of Flight)技術為基礎，開發可偵測障礙物距離的量測晶片產品。

新款ToF晶片仍以傳統近接感測器(Proximity Sensor)為基礎，運用量測光線經由投射至目標(或障礙物)後反射時間變化、達到確認障礙物距離的設計目的，為改善傳統ToF晶片產品容易受到環境或是光線影響偵測精確度，新一代ToF晶片結合GPS全球衛星定位系統進而提升定位精準度，同時也加強防撞、避障應用的人機安全條件。新型ToF晶片甚至導入能計算反射的光線相位差(Phase-based)差異獲得更精確的物體測距能力，同時針對抗環境光干擾部分進行設計優化，再搭配感測與外部發射器整合的設計架構打造解決方案，不僅提升了ToF元件的感測能力，同時減少元器件的數量、降低元件載板佔位面積，甚至還能降低整體功耗作用。

除ToF晶片的半導體優化方向外，無人機的連網能力也成為新一代產品關注重點，除了常見的Wi-Fi、藍牙無線傳輸技術外，蜂巢式無線數據通訊需求也逐漸浮現，例如，以無人機搭載行動蜂巢式網路收/發基站，透過行動滯空盤旋，為需要擴展行動通訊服務的區域快速佈署對應服務範圍，或是僅單傳單機搭載蜂巢式數據連網RF收/發器，達到擴展遠端無線操控範圍超過1km以上的應用需求，這類新型態的應用方案正逐漸成形，未來都可能建構相對實用的市場新應用商機。