E târziu, e beznă și o mașină autonomă merge pe un drum de țară îngust.
Deodată, apar trei pericole în același timp.
Ce se va întâmpla?
Înainte de a putea ocoli aceste obstacole,
mașina trebuie să le detecteze,
adunând destule informații despre mărimea, forma și poziția lor,
astfel încât algoritmul de control poate stabili cel mai sigur traseu.
Fără un șofer la volan,
mașina are nevoie de senzori pentru a afla aceste detalii,
indiferent de mediu, vreme sau cât e de întuneric,
totul într-o fracțiune de secundă.
E o misiune dificilă, dar există o soluție alcătuită din două lucruri:
un instrument cu laser denumit LIDAR
și o versiune în miniatură a metodei tehnologice
ce susține funcțional internetul, denumită fotonică integrată.
Pentru a înțelege LIDAR-ul, putem începe cu o metodă asemănătoare, radarul.
În aviație,
antenele radar emit impulsuri de unde radio sau de microunde spre avioane
pentru a le afla locația prin măsurarea timpului necesar reîntoarcerii undei.
E o metodă limitată, desigur,
deoarece mărimea undei nu permite o vizualizare a micilor detalii.
În contrast, sistemul LIDAR al unei mașini autonome,
ce se traduce prin detectare și măsurare luminoasă,
folosește un laser infraroșu cu undă îngustă.
Acesta poate detecta chiar și nasturele unui pieton
de peste stradă.
Dar cum detectăm forma și adâncimea obiectelor?
LIDAR-ul emite o serie de impulsuri foarte scurte ce oferă o rezoluție în adâncime.
Să luăm exemplu un elan ce se află pe un drum de țară.
În timp ce mașina merge, un impuls LIDAR se lovește de baza coarnelor,
în timp ce următorul impuls se lovește de vârful coarnelor și se întoarce.
Măsurând timpul necesar ca pulsul să se întoarcă,
se determină forma coarnelor.
Folosind multe impulsuri scurte,
sistemul LIDAR formează rapid un profil detaliat.
Cel mai evident mod de a crea impulsuri de lumină
e să pornești și să oprești un laser.
Dar astfel laserul devine instabil
și afectează măsurarea exactă a duratei impulsurilor,
afectând rezoluția în adâncime.
E mai bine să îl lași pornit
și să folosești altceva pentru a bloca lumina periodic, precis și rapid.
Aici intervine fotonica integrată.
Informațiile de pe internet
sunt purtate de impulsuri de lumină precise,
unele scurte cât o sutime de picosecundă.
Un mod de a crea aceste pulsuri e să folosești un modulator Mach-Zehnder.
Acest dispozitiv folosește o anumită proprietate a undei,
numită interferență.
Imaginează-ți că arunci niște pietre într-un lac:
pe măsură ce undele se împrăștie și se suprapun, se formează un model.
În unele locuri, undele se unesc și devin foarte mari;
în alte locuri se anulează reciproc.
Modulatorul Mach-Zehnder face ceva similar.
Desparte undele de lumină în două brațe paralele și apoi le reunește.
Dacă lumina e încetinită într-un braț,
reunirea undelor e desincronizată și se anulează reciproc.
Prin provocarea acestei întârzieri într-un braț,
modulatorul se comportă ca un întrerupător,
emițând impulsuri luminoase.
Un impuls luminos cu o durată de o sutime de picosecundă
are o rezoluție în adâncime de câțiva centimetri,
dar mașinile viitorului vor trebui să vadă mai bine de atât.
Folosind modulatorul împreună cu un detector de lumină ultra-sensibil,
rezoluția poate ajunge la un milimetru.
Asta e de o sută de ori mai bine
decât putem noi vedea de peste drum.
Prima generație de automobile LIDAR foloseau un sistem complex rotativ
ce stătea pe plafon sau pe capotă.
Folosind fotonica integrată,
modulatoarele și detectoarele au fost micșorate
la mai puțin de o zecime de milimetru,
și introduse în cipuri mici ce vor fi puse în farurile mașinilor.
Aceste cipuri vor avea o variantă mai bună a modulatorului
ce vor putea elimina componentele mecanice și vor scana mai rapid.
Încetinind doar puțin lumina într-un braț,
acest dispozitiv va acționa mai mult ca un graduator decât ca un întrerupător.
Dacă o rețea cu multe astfel de brațe, fiecare cu întârziere controlată,
sunt puse în paralel, poate rezulta ceva nou:
un impuls laser orientabil.
Din poziția lor superioară,
acești detectori inteligenți vor scana și vedea mai bine
decât orice altceva din natură
și ne vor ajuta să ocolim orice obstacole.
Asta fără niciun efort din partea nimănui,
poate cu excepția elanului dezorientat.