الوقت متأخر ومظلم، وسيارة ذاتية القيادة تعبر طريقًا ريفيًا ضيقًا.
وفجأة تظهر ثلاثة أخطار في نفس الوقت.
ماذا سيحدث بعد ذلك؟
قبل أن تتمكن السيارة من استكشاف الضرر الذي قد يصيبها من العوائق،
على السيارة أن تكتشف هذه العوائق
جمع معلومات كافية عن حجمها، وهيئتها، وموضعها،
بحيث تتمكن خوارزميات التحكم من رسم المسار الأكثر أمنًا.
ومع عدم وجود إنسان يقود السيارة،
فإن السيارة بحاجة إلى وجود عيون ذكية ومجسات من شأنها حل هذه التفاصيل
بغض النظر عن الطقس أو درجة الظلام
كل ذلك في جزء من الثانية.
هذه مهمة صعب تنفيذها، لكن هناك حل يربط بين شيئين:
نوع خاص من مسار يعمل بالليزر يسمى ليدار،
ونسخة مصغرة من تكنولوجيا الاتصالات
التي تحافظ على نشاط الإنترنت تسمى فوتونيات متكاملة.
ولفهم الليدار، سيساعدنا البدء بتكنولوجيا ذات صلة — رادار.
في الطيران،
تطلق هوائيات الراديو نبضات من موجات الراديو أو الموجات الدقيقة تجاه الطائرات
لمعرفة مواقعها عبر تحديد الوقت المستغرق من الإشارات اللاسلكية للارتداد مرة أخرى.
بالرغم من ذلك، هذه طريقة محدودة الرؤية،
وهذا يرجع إلى أن الإشارة اللاسلكية كبيرة الحجم لا يمكنها تصور التفاصيل الدقيقة.
وفي المقابل، نظام ليدار للسيارة ذاتية القيادة،
الذي يعني النظام الضوئي للكشف وتحديد المدى،
يستخدم ليزر الأشعة تحت الحمراء غير المرئي الضيق،
ويمكنه رؤية معالم صغيرة مثل زر قميص أحد المشاة
عبر الطريق.
لكن كيف يمكننا تحديد الهيئة، أو عمق هذه الملامح؟
يطلق الليدار سلسلة من نبضات آشعة الليزر القصيرة للغاية لإعطاء دقة العمق.
لنأخذ مثلا غزال الموظ على الطريق الريفي
أثناء مرور السيارة، تنشر أحد نبضات الليدار عبر قاعدة قرونه،
بينما تتجه الأخرى التي تليها إلى حافة أحد القرون قبل الارتداد مرة أخرى.
إن قياس كم المدة الأطول التي تستغرقها النبضة الثانية للعودة
يقدم بيانات عن هيئة القرن.
وفي ظل النبضات القصيرة، يعطي نظام الليدار سريعًا مجموعة مواصفات أساسية مفصلة.
تمثل أبرز الطرق لخلق نبضات من الضوء هي في تشغيل الليزر وإيقافه.
ولكن هذا يجعل الليزر غير مستقر ويؤثر على التوقيت الدقيق لنبضاته،
الأمر الذي من شأنه أن يحدّ من دقة العمق.
من الأفضل تركه مفتوحًا،
واستخدام شيء آخر لمنع الضوء بصفة دورية على نحو يمكن الاعتماد عليه وسريع.
وهنا تأتي الفوتونات المتكاملة.
البيانات الرقمية للإنترنت
يتم بواسطة دقة توقيت نبضات الضوء،
بعضها قصير كقصر مئات البيكو ثانية.
وتمثل أحد الطرق لخلق النبضات هو باستخدام مضمن ماخ-زيندر.
يستفيد هذا الجهاز من أحد الخواص المعينة للموجة،
تسمى التداخل.
تخيل إسقاط حصى داخل بركة:
حيث أن مع انتشار التموجات وتداخلها، تتشكل أنماط.
في بعض المواضع، تزداد قمم التموجات لتصبح كبيرة للغاية؛
وفي مواضع أخرى، تختفي كليًا.
يفعل مضمن ماخ-زيندلر شيئًا مشابهًا.
فهو يقوم بتقسيم موجات الضوء على طول ذراعين متوازيين وفي النهاية.
إذا تباطأ الضوء وتأخر في أحد الذراعين،
تجتمع الأمواج مرة أخرى دون تزامن وتلغي وتسد الضوء.
عند حدوث تأرجح لهذا التأخير في أحد الذراعين،
فإن المضمن يعمل كمفتاح تشغيل/ إيقاف، حيث يرسل نبضات من الضوء.
تدوم نبضة الضوء الواحدة لمئة بيكو ثانية
وتسبب دقة عمق تبلغ بضعة سنتيمترات،
لكن السيارات في المستقبل ستحتاج لترى أفضل من ذلك.
من خلال توصيل المضمن بكاشف للضوء فائق الحساسية وسريع العمل،
التصميم يمكن إسناده إلى ملليمتر.
هذا أفضل بمائة مرة.
من ما يمكننا صنعه رؤية 20/20 من عبور الشارع.
الجيل الأول من السيارات الليدار وقد اعتمدت على تركيبات الدوران المعقدة
أن المسح الضوئي من أسطح وأعمدة المنازل.
بالدائرة الضوئية المتكاملة،
يتم تقليص أداة الكشف والتضمين إلى أقل من عُشر المليمتر،
وتعبئتها في رقائق صغيرة حيث تتناسب مع أضواء السيارة.
وسوف تشمل هذه الرقائق أيضاً تغيرًا ذكيًا في الموجة الكهرومغناطيسية
للمساعدة في التخلص من الأجزاء المتحركة والمسح بسرعة كبيرة.
عن طريق إبطاء الضوء في يد المتغير،
هذا الجهاز الإضافي سوف يعمل أكثر من التبديل بين الإطفاء/ التشغيل.
إذا هناك مجموعة من هذه المتغيرات الكثيرة، يسهل التحكم في كلٍ منها بسهولة،
تتجمع بالتوازي، شئ بديع يمكن تصميمه:
شعاع الليزر للتوجيه.
من وجهة نظرهم الجديدة،
هذه العيون الذكية ستدقق وتري بوضوح أكثر
من أي شيء يمكن أن يتصور الطبيعة
ويساعد في اجتياز أي عقبات.
كل ذلك دون بذل أي جهد
باستثناء ربما غزالًا مشوشًا وحدًا.