1
00:00:08,145 --> 00:00:10,055
Es ist spät und stockfinster.

2
00:00:10,055 --> 00:00:14,608
Ein selbstfahrendes Auto fährt
auf einer engen, kurvenreichen Landstraße.

3
00:00:15,128 --> 00:00:18,240
Plötzlich tauchen gleichzeitig
drei Hindernisse auf.

4
00:00:18,724 --> 00:00:20,406
Was passiert als Nächstes?

5
00:00:20,846 --> 00:00:24,043
Bevor es die Hindernisse umfahren kann,

6
00:00:24,043 --> 00:00:26,083
muss das Auto sie entdecken

7
00:00:26,083 --> 00:00:29,846
und genug Informationen
über Größe, Form und Position sammeln,

8
00:00:29,846 --> 00:00:33,756
damit seine Kontrollalgorithmen
den sichersten Kurs planen können.

9
00:00:34,208 --> 00:00:37,772
Ohne menschlichen Fahrer
braucht das Auto intelligente Augen --

10
00:00:37,772 --> 00:00:40,618
Sensoren, die diese Details
registrieren müssen --

11
00:00:40,618 --> 00:00:43,853
trotz Umgebung,
Wetter- und Lichtverhältnissen

12
00:00:43,853 --> 00:00:45,769
und all das sekundenschnell.

13
00:00:45,920 --> 00:00:47,225
Eine große Aufgabe,

14
00:00:47,225 --> 00:00:50,158
doch es gibt eine Lösung,
die zwei Dinge kombiniert:

15
00:00:50,158 --> 00:00:53,849
ein spezielles laserbasiertes
Messsystem namens LIDAR

16
00:00:53,849 --> 00:00:58,375
und Kommunikationstechnik im Kleinformat,
die das Internet am Laufen hält,

17
00:00:58,375 --> 00:01:00,686
die integrierte Photonik.

18
00:01:00,936 --> 00:01:06,006
Um LIDAR zu verstehen, hilft der Vergleich
mit der verwandten Radartechnik.

19
00:01:06,006 --> 00:01:11,866
In der Luftfahrt senden Radarantennen
Funk- oder Mikrowellen an Flugzeuge.

20
00:01:11,866 --> 00:01:14,470
Sie orten deren Position,
indem sie messen,

21
00:01:14,470 --> 00:01:16,620
wann die Wellen das Flugzeug treffen.

22
00:01:16,620 --> 00:01:18,713
Doch dieses Sichtsystem ist ungenau.

23
00:01:18,713 --> 00:01:22,619
Denn die großen Strahlen
erkennen keine Details.

24
00:01:22,619 --> 00:01:25,899
Im Gegensatz dazu verwenden
selbstfahrende Autos LIDAR,

25
00:01:25,899 --> 00:01:28,634
d. h. lichtgestützte Ortung
und Abstandsmessung.

26
00:01:28,634 --> 00:01:32,190
LIDAR nutzt einen feinen,
unsichtbaren Infrarot-Laser.

27
00:01:32,190 --> 00:01:34,260
Er erkennt kleinste Objekte

28
00:01:34,260 --> 00:01:38,012
wie den Hemdknopf eines Fußgängers
auf der anderen Straßenseite.

29
00:01:38,123 --> 00:01:42,125
Wie lassen sich aber Form oder Tiefe
dieser Objekte bestimmen?

30
00:01:42,483 --> 00:01:48,111
LIDAR feuert zur Tiefenauflösung
eine Reihe ultrakurzer Laserimpulse ab.

31
00:01:48,267 --> 00:01:50,746
Nehmen wir einen Elch auf der Landstraße.

32
00:01:50,746 --> 00:01:52,513
Während der Wagen vorbeifährt,

33
00:01:52,513 --> 00:01:55,853
trifft ein LIDAR-Impuls
auf den Ansatz des Geweihs

34
00:01:55,853 --> 00:02:00,522
und der nächste prallt
von der Spitze einer Geweihschaufel ab.

35
00:02:00,721 --> 00:02:04,278
Die Messung des Zeitunterschieds
der Rückstreuung beider Impulse

36
00:02:04,278 --> 00:02:06,882
gibt Aufschluss über die Form des Geweihs.

37
00:02:06,882 --> 00:02:12,545
So erstellt ein LIDAR-System mit vielen
Kurzimpulsen ein schnelles Detailprofil.

38
00:02:13,192 --> 00:02:15,957
Die einfachste Art
der Lichtimpulserzeugung

39
00:02:15,957 --> 00:02:18,557
ist das Ein- und Ausschalten eines Lasers.

40
00:02:18,557 --> 00:02:20,396
Das macht ihn aber instabil

41
00:02:20,396 --> 00:02:23,428
und beeinträchtigt
das exakte Takten der Impulse.

42
00:02:23,428 --> 00:02:25,495
So wird die Tiefenauflösung ungenau.

43
00:02:25,599 --> 00:02:28,995
Der Laser bleibt also besser an
und man nutzt etwas anderes,

44
00:02:28,995 --> 00:02:32,345
um das Licht schnell und zuverlässig
periodisch abzudecken.

45
00:02:33,031 --> 00:02:35,987
Hier kommt integrierte Photonik ins Spiel

46
00:02:35,987 --> 00:02:41,044
Digitale Internetdaten werden von präzise
getakteten Lichtimpulsen übertragen --

47
00:02:41,044 --> 00:02:44,185
bis zu hundert Pikosekunden schnell.

48
00:02:44,473 --> 00:02:48,845
Eine Art der Impulserzeugung
bietet der Mach-Zehnder-Modulator.

49
00:02:49,104 --> 00:02:54,149
Er nutzt den Vorteil einer bestimmten
Welleneigenschaft, der Interferenz.

50
00:02:54,658 --> 00:02:57,613
Wenn man Steine in einen Teich wirft,

51
00:02:57,613 --> 00:03:01,308
breiten sich Wellen aus,
überlappen sich und bilden ein Muster.

52
00:03:01,550 --> 00:03:05,464
Hier und da laufen Wellen ineinander
und bilden noch größere;

53
00:03:05,464 --> 00:03:08,450
manchmal heben sie einander auf.

54
00:03:08,450 --> 00:03:11,517
Der Mach-Zehnder-Modulator
funktioniert ähnlich.

55
00:03:11,517 --> 00:03:14,984
Er teilt Lichtwellen
in zwei parallele Arme

56
00:03:14,984 --> 00:03:17,292
und verbindet sie dann wieder.

57
00:03:17,292 --> 00:03:20,784
Wird das Licht in einem Arm
verlangsamt und verzögert,

58
00:03:20,784 --> 00:03:25,453
verbinden sich die Wellen nicht synchron,
heben sich auf und blockieren das Licht.

59
00:03:25,623 --> 00:03:28,164
Manipuliert man
die Verzögerung in einem Arm,

60
00:03:28,164 --> 00:03:31,187
wirkt der Modulator
wie ein Ein-/Ausschalter

61
00:03:31,187 --> 00:03:33,024
und sendet Lichtimpulse aus.

62
00:03:33,606 --> 00:03:39,550
Ein Lichtimpuls von 100 Pikosekunden
schafft zentimeterfeine Tiefenauflösungen.

63
00:03:39,800 --> 00:03:43,303
Doch die Autos von morgen
müssen noch besser sehen.

64
00:03:43,303 --> 00:03:47,815
Durch Kopplung des Modulators mit einem
hochempfindlichen, schnellen Lichtsensor

65
00:03:47,815 --> 00:03:50,878
erhält man millimetergenaue Auflösungen.

66
00:03:50,878 --> 00:03:52,974
Das ist über 100 Mal besser,

67
00:03:52,974 --> 00:03:57,027
als was wir mit normaler Sehkraft
auf der anderen Straßenseite erkennen.

68
00:03:57,339 --> 00:04:02,925
Die 1. Generation des automobilen LIDAR
nutzt komplexe Drehvorrichtungen.

69
00:04:02,925 --> 00:04:05,777
Sie scannen von Dächern oder Motorhauben.

70
00:04:05,777 --> 00:04:09,308
Integrierte Photonik schrumpft
Modulatoren und Sensoren

71
00:04:09,308 --> 00:04:12,218
auf weniger als Zehntelmillimeter.

72
00:04:12,508 --> 00:04:17,440
Sie sitzen in Mikrochips, die eines Tages
in Autoscheinwerfer passen werden.

73
00:04:17,837 --> 00:04:21,896
In den Chips wird auch die smarte Version
des Modulators zu finden sein.

74
00:04:21,896 --> 00:04:26,806
So möchte man bewegliche Teile entfernen
und bei hohem Tempo scannen können.

75
00:04:27,212 --> 00:04:31,097
Durch nur geringe Verlangsamung
des Lichts in einem Modulatorarm

76
00:04:31,097 --> 00:04:35,931
ist diese Zusatzvorrichtung
eher Dimmer als Ein-/Ausschalter.

77
00:04:36,208 --> 00:04:38,565
Durch Parallelschaltung vieler Arme --

78
00:04:38,565 --> 00:04:42,491
jeder davon mit kleiner
kontrollierter Verzögerung --

79
00:04:42,491 --> 00:04:46,828
kann man etwas Neues entwickeln:
einen steuerbaren Laserstrahl.

80
00:04:47,492 --> 00:04:52,248
An ihrem neuen Platz sondieren
und sehen smarte Augen schärfer,

81
00:04:52,248 --> 00:04:54,681
als es sich die Natur
je vorgestellt hätte,

82
00:04:54,681 --> 00:04:57,544
und helfen so, mögliche
Hindernisse zu umfahren.

83
00:04:57,544 --> 00:05:00,098
Dabei muss niemand nervös werden --

84
00:05:00,098 --> 00:05:03,988
außer vielleicht ein desorientierter Elch.