Faz-se tarde, está escuro como breu
e um carro autónomo abranda numa estrada rural estreita.
Subitamente, aparecem três obstáculos ao mesmo tempo.
O que acontece de seguida?
Antes de conseguir orientar-se perante esta investida de obstáculos,
o carro tem de os detetar:
compilando informações suficientes sobre o seu tamanho, forma e posição,
de modo que os seus algoritmos de controlo consigam traçar a rota mais segura.
Sem uma pessoa ao volante,
o carro precisa de olhos inteligentes: sensores que decomponham esses detalhes,
independentemente do ambiente, do tempo, ou da escuridão,
tudo numa fração de segundos.
É uma tarefa difícil, mas há uma solução que combina duas coisas:
um tipo especial de sonda baseado em "lasers", o LIDAR,
e uma versão em miniatura da tecnologia de comunicação
que mantém a Internet a funcionar, chamada fotónica integrada.
Para compreender o LIDAR, ajuda começar por uma tecnologia relacionada: o radar.
Na aviação,
as antenas de radar enviam pulsos de rádio ou de micro-ondas para os aviões
para determinar as suas localizações ao temporizar o reflexo dos pulsos.
No entanto, essa é uma visualização limitada
porque os grandes feixes não conseguem visualizar os pequenos detalhes.
Em contraste, num carro autónomo, o sistema LIDAR
que significa Sistema de Varredura a Laser,
utiliza um "laser" invisível estreito de infravermelhos.
Consegue visualizar detalhes tão pequenos como o botão da camisa de um transeunte,
do outro lado da rua.
Mas como determinamos a forma ou profundidade dessas características?
O LIDAR dispara um conjunto de pulsos "laser" muito curtos
para determinar a sua profundidade.
Imaginem um alce numa estrada rural.
À medida que o carro anda, um pulso LIDAR dispersa-se na base dos seus galhos,
enquanto um outro talvez viaje até ao topo de um galho antes de se refletir.
Ao medir quanto mais tempo demora o segundo pulso a voltar,
obtêm-se informações sobre a forma do galho.
Com muitos pulsos curtos, um sistema LIDAR forma rapidamente um perfil detalhado.
A forma mais óbvia de criar um pulso de luz é ligar e desligar um "laser".
Mas isto torna o laser instável e afeta a temporização precisa dos seus pulsos,
o que limita a sua profundidade.
O melhor é deixá-lo ligado,
e utilizar outra coisa para bloquear a luz periodicamente de modo rápido e fiável.
É aí que entra a integração fotónica.
Os dados digitais da Internet
são transportados por pulsos de luz temporizados precisamente,
alguns tão curtos quanto 100 picossegundos.
Uma forma de criar esses pulsos é através de um modulador Mach-Zehnder.
Este dispositivo tira proveito de uma propriedade particular da onda,
designada interferência.
Imaginem deixar cair umas pedrinhas num lago:
as ondulações espalham-se e sobrepõem-se, formando um padrão.
Nalguns lugares, os picos das ondas sobrepõem-se e tornam-se enormes.
Noutros, cancelam-se uns aos outros.
O modulador Mach-Zehnder faz algo semelhante.
Divide ondas de luz ao longo de dois braços paralelos e reúne-os eventualmente.
Se a luz for atrasada num braço,
as ondas reúnem-se fora de sincronia e cancelam-se, bloqueando a luz.
Ao comutar este atraso num braço,
o modulador age como um interruptor, emitindo pulsos de luz.
Um pulso de luz, que dura 100 picossegundos,
forma uma resolução de alguns centímetros,
mas os carros do futuro vão precisar de ver melhor que isso.
Ao combinar o modulador com um detetor de luz bastante sensível e de ação rápida,
a resolução pode ser melhorada até um milímetro.
Isso é mais de uma centena de vezes melhor
que a visão perfeita de uma pessoa do outro lado da rua.
O primeiro LIDAR para automóveis baseou-se em montagens complexas giratórias
que digitalizam a partir de telhados ou capôs.
Com a integração fotónica,
os moduladores e detetores estão a ser encolhidos para menos de 0,1 milímetros,
e colocados em pequenos chips que, um dia, caberão dentro dos faróis dos carros.
Estes chips também incluirão uma variação inteligente do modulador
para acabar com as partes móveis e poder digitalizar a altas velocidades.
Ao atrasar apenas um pouco a luz no braço do modulador
este componente adicional agirá mais como um regulador do que um interruptor.
Se um conjunto de braços destes, cada um com um atraso controlado,
estiver colocado em paralelo, algo novo pode ser concebido:
um feixe "laser" orientável.
Com esta nova vantagem,
estes olhos inteligentes conseguem sondar e ver mais detalhadamente
do que alguma vez a Natureza conseguiu,
e ajudar a orientar-se entre qualquer número de obstáculos.
Tudo sem o esforço de ninguém,
exceto talvez o de um alce desorientado.