WEBVTT 00:00:08.145 --> 00:00:10.055 Es ist spät und stockfinster. 00:00:10.055 --> 00:00:14.608 Ein selbstfahrendes Auto fährt auf einer engen, kurvenreichen Landstraße. 00:00:15.128 --> 00:00:18.240 Plötzlich tauchen gleichzeitig drei Hindernisse auf. NOTE Paragraph 00:00:18.724 --> 00:00:20.406 Was passiert als Nächstes? NOTE Paragraph 00:00:20.846 --> 00:00:24.043 Bevor es die Hindernisse umfahren kann, 00:00:24.043 --> 00:00:26.083 muss das Auto sie entdecken 00:00:26.083 --> 00:00:29.846 und genug Informationen über Größe, Form und Position sammeln, 00:00:29.846 --> 00:00:33.756 damit seine Kontrollalgorithmen den sichersten Kurs planen können. 00:00:34.208 --> 00:00:37.772 Ohne menschlichen Fahrer braucht das Auto intelligente Augen -- 00:00:37.772 --> 00:00:40.618 Sensoren, die diese Details registrieren müssen -- 00:00:40.618 --> 00:00:43.853 trotz Umgebung, Wetter- und Lichtverhältnissen 00:00:43.853 --> 00:00:45.769 und all das sekundenschnell. 00:00:45.920 --> 00:00:47.225 Eine große Aufgabe, 00:00:47.225 --> 00:00:50.158 doch es gibt eine Lösung, die zwei Dinge kombiniert: 00:00:50.158 --> 00:00:53.849 ein spezielles laserbasiertes Messsystem namens LIDAR 00:00:53.849 --> 00:00:58.375 und Kommunikationstechnik im Kleinformat, die das Internet am Laufen hält, 00:00:58.375 --> 00:01:00.686 die integrierte Photonik. NOTE Paragraph 00:01:00.936 --> 00:01:06.006 Um LIDAR zu verstehen, hilft der Vergleich mit der verwandten Radartechnik. 00:01:06.006 --> 00:01:11.866 In der Luftfahrt senden Radarantennen Funk- oder Mikrowellen an Flugzeuge. 00:01:11.866 --> 00:01:14.470 Sie orten deren Position, indem sie messen, 00:01:14.470 --> 00:01:16.620 wann die Wellen das Flugzeug treffen. 00:01:16.620 --> 00:01:18.713 Doch dieses Sichtsystem ist ungenau. 00:01:18.713 --> 00:01:22.619 Denn die großen Strahlen erkennen keine Details. 00:01:22.619 --> 00:01:25.899 Im Gegensatz dazu verwenden selbstfahrende Autos LIDAR, 00:01:25.899 --> 00:01:28.634 d. h. lichtgestützte Ortung und Abstandsmessung. 00:01:28.634 --> 00:01:32.190 LIDAR nutzt einen feinen, unsichtbaren Infrarot-Laser. 00:01:32.190 --> 00:01:34.260 Er erkennt kleinste Objekte 00:01:34.260 --> 00:01:38.012 wie den Hemdknopf eines Fußgängers auf der anderen Straßenseite. 00:01:38.123 --> 00:01:42.125 Wie lassen sich aber Form oder Tiefe dieser Objekte bestimmen? NOTE Paragraph 00:01:42.483 --> 00:01:48.111 LIDAR feuert zur Tiefenauflösung eine Reihe ultrakurzer Laserimpulse ab. 00:01:48.267 --> 00:01:50.746 Nehmen wir einen Elch auf der Landstraße. 00:01:50.746 --> 00:01:52.513 Während der Wagen vorbeifährt, 00:01:52.513 --> 00:01:55.853 trifft ein LIDAR-Impuls auf den Ansatz des Geweihs 00:01:55.853 --> 00:02:00.522 und der nächste prallt von der Spitze einer Geweihschaufel ab. 00:02:00.721 --> 00:02:04.278 Die Messung des Zeitunterschieds der Rückstreuung beider Impulse 00:02:04.278 --> 00:02:06.882 gibt Aufschluss über die Form des Geweihs. 00:02:06.882 --> 00:02:12.545 So erstellt ein LIDAR-System mit vielen Kurzimpulsen ein schnelles Detailprofil. NOTE Paragraph 00:02:13.192 --> 00:02:15.957 Die einfachste Art der Lichtimpulserzeugung 00:02:15.957 --> 00:02:18.557 ist das Ein- und Ausschalten eines Lasers. 00:02:18.557 --> 00:02:20.396 Das macht ihn aber instabil 00:02:20.396 --> 00:02:23.428 und beeinträchtigt das exakte Takten der Impulse. 00:02:23.428 --> 00:02:25.495 So wird die Tiefenauflösung ungenau. 00:02:25.599 --> 00:02:28.995 Der Laser bleibt also besser an und man nutzt etwas anderes, 00:02:28.995 --> 00:02:32.345 um das Licht schnell und zuverlässig periodisch abzudecken. NOTE Paragraph 00:02:33.031 --> 00:02:35.987 Hier kommt integrierte Photonik ins Spiel 00:02:35.987 --> 00:02:41.044 Digitale Internetdaten werden von präzise getakteten Lichtimpulsen übertragen -- 00:02:41.044 --> 00:02:44.185 bis zu hundert Pikosekunden schnell. 00:02:44.473 --> 00:02:48.845 Eine Art der Impulserzeugung bietet der Mach-Zehnder-Modulator. 00:02:49.104 --> 00:02:54.149 Er nutzt den Vorteil einer bestimmten Welleneigenschaft, der Interferenz. 00:02:54.658 --> 00:02:57.613 Wenn man Steine in einen Teich wirft, 00:02:57.613 --> 00:03:01.308 breiten sich Wellen aus, überlappen sich und bilden ein Muster. 00:03:01.550 --> 00:03:05.464 Hier und da laufen Wellen ineinander und bilden noch größere; 00:03:05.464 --> 00:03:08.450 manchmal heben sie einander auf. 00:03:08.450 --> 00:03:11.517 Der Mach-Zehnder-Modulator funktioniert ähnlich. 00:03:11.517 --> 00:03:14.984 Er teilt Lichtwellen in zwei parallele Arme 00:03:14.984 --> 00:03:17.292 und verbindet sie dann wieder. 00:03:17.292 --> 00:03:20.784 Wird das Licht in einem Arm verlangsamt und verzögert, 00:03:20.784 --> 00:03:25.453 verbinden sich die Wellen nicht synchron, heben sich auf und blockieren das Licht. 00:03:25.623 --> 00:03:28.164 Manipuliert man die Verzögerung in einem Arm, 00:03:28.164 --> 00:03:31.187 wirkt der Modulator wie ein Ein-/Ausschalter 00:03:31.187 --> 00:03:33.024 und sendet Lichtimpulse aus. 00:03:33.606 --> 00:03:39.550 Ein Lichtimpuls von 100 Pikosekunden schafft zentimeterfeine Tiefenauflösungen. 00:03:39.800 --> 00:03:43.303 Doch die Autos von morgen müssen noch besser sehen. 00:03:43.303 --> 00:03:47.815 Durch Kopplung des Modulators mit einem hochempfindlichen, schnellen Lichtsensor 00:03:47.815 --> 00:03:50.878 erhält man millimetergenaue Auflösungen. 00:03:50.878 --> 00:03:52.974 Das ist über 100 Mal besser, 00:03:52.974 --> 00:03:57.027 als was wir mit normaler Sehkraft auf der anderen Straßenseite erkennen. 00:03:57.339 --> 00:04:02.925 Die 1. Generation des automobilen LIDAR nutzt komplexe Drehvorrichtungen. NOTE Paragraph 00:04:02.925 --> 00:04:05.777 Sie scannen von Dächern oder Motorhauben. 00:04:05.777 --> 00:04:09.308 Integrierte Photonik schrumpft Modulatoren und Sensoren 00:04:09.308 --> 00:04:12.218 auf weniger als Zehntelmillimeter. 00:04:12.508 --> 00:04:17.440 Sie sitzen in Mikrochips, die eines Tages in Autoscheinwerfer passen werden. 00:04:17.837 --> 00:04:21.896 In den Chips wird auch die smarte Version des Modulators zu finden sein. 00:04:21.896 --> 00:04:26.806 So möchte man bewegliche Teile entfernen und bei hohem Tempo scannen können. NOTE Paragraph 00:04:27.212 --> 00:04:31.097 Durch nur geringe Verlangsamung des Lichts in einem Modulatorarm 00:04:31.097 --> 00:04:35.931 ist diese Zusatzvorrichtung eher Dimmer als Ein-/Ausschalter. 00:04:36.208 --> 00:04:38.565 Durch Parallelschaltung vieler Arme -- 00:04:38.565 --> 00:04:42.491 jeder davon mit kleiner kontrollierter Verzögerung -- 00:04:42.491 --> 00:04:46.828 kann man etwas Neues entwickeln: einen steuerbaren Laserstrahl. NOTE Paragraph 00:04:47.492 --> 00:04:52.248 An ihrem neuen Platz sondieren und sehen smarte Augen schärfer, 00:04:52.248 --> 00:04:54.681 als es sich die Natur je vorgestellt hätte, 00:04:54.681 --> 00:04:57.544 und helfen so, mögliche Hindernisse zu umfahren. 00:04:57.544 --> 00:05:00.098 Dabei muss niemand nervös werden -- 00:05:00.098 --> 00:05:03.988 außer vielleicht ein desorientierter Elch.