دیروقت است و اوجِ تاریکی و خودرویی خودران از جاده باریکِ برونشهری به آرامی میگذرد
ناگهان، سه خطر همزمان پدیدار میشوند.
بعدش چه اتفاقی میافتد؟
پیش از اینکه بتواند یورش این موانع را هدایت کند،
خودرو باید آنها را شناسایی کند ــ
اطلاعات کافی درباره اندازه، شکل و موقعیتشان جمع کند،
بهطوری که الگوریتمهای کنترلی آن بتوانند امنترین مسیر را طراحی کنند.
درحالی که هیچکس پشت فرمان نیست،
خودرو به چشمان هوشمند نیاز دارد، حسگرهای که این جزئیات را حل خواهند کرد ــ
مهم نیست محیط یا آب و هوا چطور باشد یا اینکه چقدر تاریک است ــ
همه در کسری از ثانیه.
دستور بلندیست اما راه حلی است که دو چیز را شریک موضوع میکند:
نوع خاصی از کاوشگرِ مبتنی بر لیزر به نام LIDAR،
و یک نسخه بسیار ریز از فناوری ارتباطات
که اینترنت را پاسخگو نگه داشته که فوتونیکِ یکپارچه نامیده میشود.
برای درک LIDAR، کمک کننده است که با فناوریِ مرتبط شروع کنیم ــ رادار.
در صنعت هواپیمایی،
آنتنهای رادار، پالسهای رادیویی یا مایکروویوی را در هواپیما میفرستند
تا محلشان را با زمانگیری مدتی که طول میکشد تا پرتوها بازگردند.
با این حال، این روشِ محدودی برای دیدن است،
چون پرتوهایِ بزرگ قادر به تصویرسازی جزئیات کوچک نیستند.
در مقابل، سیستم LIDAR خودروهای خودران
که مخفف «تشخیص و اندازهگیری فاصله با استفاده از نور» است.
از لیزر مادونقرمزِ محدودِ نامرئی استفاده میکند.
(این سیستم) میتواند ویژگیهای یک تصویر به کوچکی دگمه پیراهن عابر پیادهای را
در خیابان نشان دهد.
اما چطور شکل، یا عمقِ این ترکیبات را تعیین کنیم؟
LIDAR رشتهای از پالسهای لیزری فوقِ کوتاه برای ایجاد وضوح عمق پرتاب میکند.
یک گوزن در جاده برونشهری را در نظر بگیرید.
همانطور که ماشین در حال حرکت است، یک پالسِ LIDAR از وسط شاخهای گوزن رد میشود،
در حالی که ممکن است بعدی پیش از بازگشت به نوک شاخ گوزن برخورد کند.
اندازهگیری اینکه چقدر پالسِ دوم طول میکشد تا برگردد
اطلاعات مربوط به شکل شاخ را تامین میکند.
با کمک شمار زیادی پالسهای کوتاه، سیستمِ LIDAR به سرعت نمایه دقیقی ارائه میدهد.
مشخصترین راه برای ایجاد یک پالس نوری، روشن و خاموش کردنِ لیزر است.
اما این کار، لیزر را ناپایدار کرده و بر زمانْگیریِ دقیق پالسهایش اثر میگذارد،
که وضوح عمق را محدود میسازد.
بهتر است آن را روشن بگذارید
و از چیز دیگری استفاده کنید تا به شکل دورهای نور را مطمئن و سریع مسدود کند.
اینجاست که پای فوتونیک یکپارچه به ماجرا باز میشود.
دادههای دیجیتالیِ اینترنت
با پالسهای نوریِ دقیق-زمانبندی شده
و برخی کمتر از صد پیکوثانیه منتقل میشوند.
یکی از راههای ایجاد این پالسها استفاده از مدولاتور یا تعدیلگر نوری ماخ-زندر است.
این دستگاه از یک ویژگیِ یک موج خاص
به نام برهمنهی یا تداخل بهره می برد.
تصور کنید سنگریزههایی داخل حوضچهای بریزید:
با گسترش و برهمنهی/همپوشانی امواج، الگویی شکل می گیرد.
در بعضی جاها، اوجِ امواج به هم افزوده شده و بسیار بزرگ میشوند؛
و در جاهای دیگر، آنها کاملاً همدیگر را خنثی میکنند.
تعدیلگرنوری ماخ-زندر نیز کار مشابهی میکند.
امواج نور را درامتداد دو بازوی موازی تقسیم کرده و در نهایت آنها را به هم میپیوندد.
اگر نور در یک سو، آهسته شده و به تاخیر افتد،
امواج به واسطه همگامسازیِ، ترکیب و لغو می شوند و نور را مسدود میکنند.
با استفاده از این تاخیر در یک بازو،
تعدیلگر مثل یک کلید روشن / خاموش عمل کرده و پالسهای نوری را منتشر میکند.
یک پالس نوری صد پیکوثانیه طول میکشد
و منجر به وضوح عمق چند سانتی متر میشود،
اما خودروهای آینده به دیدِ بهتری از آن نیاز خواهند داشت.
با اتصال تعدیلگر به یک حسگرِ نوریابِ فوقالعاده حساس و سریع،
دقت را می توان تا یک میلی متر اصلاح کرد.
صدها برابر بهتر از دیدی است
که میتوانیم با وضوح دید کامل از آن سوی خیابان داشته باشیم.
نخستین نسل از خودروی LIDAR بر دستگاه گردان نصبی متکی بوده
که از روی سقف یا کاپوت خودرو اسکن میکنند.
با فناوری فوتونیک یکپارچه
تعدیلگر و حسگر به کمتر از یکدهم میلیمتر جمع شده،
و به قدرِ تراشههای ریزی بستهبندی شده که روزی در داخل چراغ اتومبیل جای خواهند گرفت.
این تراشهها همچنین شاملِ تغییر هوشمندانهای درتعدیلگر
برای کمک به دور کردن قطعات متحرک و اسکن در سرعتهای بالا هستند.
تنها با کاهش بسیار کم نور در بازوی دیگر تعدیلگر،
این دستگاه الحاقی بیشتر شبیهِ نورکمکن کار میکند تا کلید روشن / خاموش.
اگر ردیفی از شماری از این بازوها، هر یک با کمی تاخیر کنترلشده کوچک،
به طور موازی جمع شوند، چیزی نو می توان طراحی کرد:
پرتو لیزر قابل هدایت.
بخاطرمزایای جدیدشان،
این چشمان هوشمند به کاوش و دید دقیقتری میپردازند
از هر چیزی که طبیعت میتواند تصورش را بکند ــ
وبه هدایت از میان هر تعداد از موانع کمک میکنند.
و همه اینها بدون اینکه کسی قطرهای عرق بریزد ــ
غیر از گوزن گمگشته.