מאוחר, חשוך לגמרי, ומכונית אוטונומית נוסעת במורד כביש כפרי.
פתאום, שלושה מכשולים מופיעים באותו זמן.
מה יקרה עכשיו?
לפני שתוכל לנווט בין מגוון המכשולים,
המכונית צריכה לזהות אותם --
לקבל מספיק מידע על הגודל, הצורה והמיקום שלהם,
כך שאלגוריתם השליטה שלה יוכל לנווט במסלול הכי בטוח.
ללא אדם ליד ההגה,
המכונית צריכה עיניים חכמות, גלאים שיעבדו את המידע הזה --
לא משנה הסביבה, מזג האויר או כמה חשוך --
הכל בחלקיקי שניות.
זו משימה כבדה, אבל יש פיתרון שמאחד שני דברים:
סוג מיוחד של גלאי מבוסס לייזר שנקרא LIDAR,
וגרסה מיניאטורית של טכנולוגית תקשורת
ששומרת על האינטרנט מזמזם, שנקראת פוטוניקה משולבת.
כדי להבין את הלידאר, כדאי להתחיל עם טכנולוגיה קשורה - רדאר.
בתעופה,
אנטנות רדאר משגרות פולסים של רדיו או מיקרוגל למטוסים
כדי לגלות את המיקום שלהם על ידי תזמון של כמה זמן לוקח לקרניים לחזור.
זו דרך מוגבלת לראות עם זאת,
בגלל שגודל הקרן הגדול לא יכול לראות פרטים קטנים.
בניגוד, הלידאר של מכוניות אוטונומית,
ראשית תיבות של זיהוי אור וטיווח,
משתמשת בלייזר אינפרא אדום בלתי נראה וצר.
היא יכולה לדמות תכונות קטנות כמו כפתור על חולצת הולך רגל
בצד השני של הרחוב.
אבל איך אנחנו קובעים את הצורה, או העומק של התכונות האלו?
לידאר יורה רכבת של פולסיי לייזר סופר קצרים כדי לתת רזולוציית עומק.
קחו לדוגמה את האייל על הדרך הכפרית.
כשהמכונית נוסעת, פולס לידאר אחד מתפזר מתחתית הקרניים שלו,
בעוד הבא יכול להגיע לקצה הקרן לפני שיוחזר.
מדידת כמה זמן יותר לוקח לפולס השני לחזור
יספק מידע על צורת הקרן.
כשיש הרבה פולסים קצרים, מערכת לידאר מייצרת במהירות פרופיל מפורט.
הדרך הכי ברורה ליצור פולס אור היא להדליק ולכבות לייזר.
אבל זה הופך לייזר ללא יציב ומשפיע על התזמון המדוייק של הפולסים,
מה שמגביל את אבחנת העומק.
עדיף להשאיר אותו דולק,
ולהשתמש במשהו אחר לחסום באופן מחזורי את האור באמינות ובמהירות.
שם הפוטוניקה המשולבת נכנסת לתמונה.
המידע הדיגיטלי של האינטרנט
נישא על ידי פולסים של אור מתוזמנים במדויק,
כמה קצרים באורך מאה פיקו-שניות.
דרך אחת ליצור את הפולסים האלה היא מודולטור מאך-זנדר.
המכשיר הזה משתמש ביתרון של תכונת גל מסויימת,
שנקראת התאבכות.
דמיינו שאתם מפילים אבנים לבריכה:
כשהגלים מתפשטים וחופפים, נוצרת תבנית.
בכמה מקומות, פסגות הגלים מצטברות והופכות לגדולות מאוד;
במקומות אחרים, הן לגמרי מבטלות אחת את השניה.
מודולטור מאך זנדר עושה משהו דומה.
הוא מפצל גלים של אור לאורך שתי זרועות מקבילות ולבסוף מחבר אותם.
אם האור מואט ומעוכב בזרוע אחת,
הגלים מתחברים מחוץ לסנכרון ומתבטלים, חוסמים את האור.
על ידי מיתוג העיכוב בזרוע אחת,
המודולטור פועל כמו מתג הפעלה/כיבוי, ומשגר פולסים של אור.
פולס אור באורך מאה פיקו-שניות
מוביל להפרדת עומק של כמה סנטימטרים,
אבל המכוניות של מחר יצטרכו לראות טוב מזה.
על ידי חיבור המודולטור עם גלאי אור סופר רגיש שפועל במהירות,
הרזולוציה יכולה להיות משופרת למילימטר.
זה טוב פי מאה
ממה שאנחנו יכולים לזהות בראיה 6/6, מהצד השני של הרחוב.
הדור הראשון של לידאר לרכבים הסתמך על התקנים מסתובבים מסובכים
שסרקו מהגגות או ממכסה המנוע.
עם פוטוניקה משולבת,
המודולטורים והגלאים מכווצים לפחות מעשירית המילימטר,
וארוזים בשבבים זעירים שיום אחד יתאימו לתוך פנסי המכונית.
השבבים האלו יכללו גם גרסה חכמה של המודולטור
שתעזור להיפטר מחלקים נעים ולסרוק במהירויות גדולות.
על ידי האטת האור בזרוע המודולטור רק במעט,
המכשיר הנוסף הזה יפעל יותר כמו עמעם מאשר מתג הפעלה/כיבוי.
במערך של הרבה זרועות כאלו, כל אחת עם עיכוב נשלט זעיר,
שנערמות במקביל, אפשר לתכנן משהו חדשני:
קרן אור שניתנת לכיוון.
מנקודת המבט החדשה שלהם,
העיניים החכמות האלו יחקרו ויראו יותר ביסודיות
מכל דבר שהטבע יכול לדמיין --
ולעזור לנווט כל כמות של מכשולים.
הכל בלי להתאמץ --
אולי חוץ מאייל מבולבל.