Tulevaisuudessa itseajavat autot ovat turvallisempia ja luotettavampia kuin ihmiset. Jotta tämä tapahtuisi, tarvitsemme teknologioita, joilla autot voivat reagoida nopeammin kuin ihmiset, tarvitsemme algoritmeja, jotka voivat ajaa ihmisiä paremmin ja tarvitsemme kameroita, jotka näkevät enemmän kuin ihmiset. Kuvittele itseajava auto, joka on kääntymässä sokeaan kulmaan, ja kulman takaa tulee auto tai ehkä siellä on lapsi, joka juoksee kadulle. Onneksi tulevaisuuden autollamme tulee olemaan tämä supervoima, kamera, joka näkee kulmien taakse ja huomaa nämä vaarat. Parina viime vuonna olen jatko-opiskelijana Stanfordin Computational Imaging -laboratoriossa kehittänyt kameraa, joka voi tehdä juuri tämän -- muodostaa kuvia esineistä, jotka ovat piilossa kulman takana tai joihin ei ole suoraa näkölinjaa. Tässä on esimerkki siitä, mitä kameramme voi nähdä. Tämä on ulkona tehty testi, jossa kamerasysteemi skannaa rakennuksen seinää laserilla, ja näköala, jonka haluamme nähdä on piilossa kulman takana tämän verhon takana. Eli kamerasysteemimme ei voi nähdä sitä suoraan. Ja silti kuitenkin kameramme voi muodostaa 3D-kuvan paikan geometriasta. Miten teemme tämän? Taikuus löytyy kamerasysteemistä. Tätä voi ajatella eräänlaisena nopeana kamerana. Ei sellaisena, joka näkee 1 000 kuvaruutua sekunnissa tai edes miljoona kuvaruutua sekunnissa, mutta biljoona kuvaruutua sekunnissa. Se on niin nopea, että se voi tallentaa jopa valonsäteiden liikkeitä. Esimerkkinä siitä, miten nopeasti valo liikkuu, verrataan sitä nopeasti juoksevaan sarjakuvasankariin joka voi liikkua kolme kertaa äänen nopeudella. Valopulssilla kestää noin 3,3 sekunnin miljardisosaa, tai 3,3 nanosekuntia kulkea metrin matka. Tässä samassa ajassa supersankarimme on liikkunut vähemmän kuin ihmisen hiuskarvan leveyden verran. Aika nopeasti siis. Mutta meidän täytyy luoda kuva paljon nopeammin, jos haluamme nähdä valon liikkeitä alle senttimetrin mittakaavassa. Joten kamerasysteemimme voi tallentaa fotoneita jopa 50 biljoonasosasekunnin mittakaavassa, eli 50 pikosekunnissa. Joten otamme tämän ultranopean kameran ja yhdistämme sen laseriin, joka lähettää lyhyitä valopulsseja. Jokainen pulssi kulkee tähän näkyvään seinään ja osa valosta hajoaa takaisin kameraamme, mutta seinä myös hajottaa valoa kulman taakse piilotettuun esineeseen ja takaisin. Me toistamme tämän mittauksen monta kertaa ja tallennamme fotonien saapumisajat seinän eri kohdista. Kun olemme tallentaneet nämä tulokset, voimme luoda biljoona kuvaa sekunnissa -videon seinästä. Vaikka seinä näyttää tavalliselta meidän silmillemme, biljoona kuvaa sekunnissa paljastaa jotain uskomatonta. Voimme nähdä valon aallot, jotka hajosivat takaisin piilosta ja osuivat seinään. Jokainen näistä aalloista sisältää informaatiota piilossa olevasta esineestä, joka lähetti ne. Voimme siis mitata näitä arvoja ja syöttää ne algoritmiin, joka kokoaa ne uudelleen ja paljastaa piilotetun 3D-geometrian. Haluan näyttää teille vielä yhden esimerkin sisätiloista, tällä kertaa usealla erilaisella piilotetulla esineellä. Nämä esineet näyttävät erilaisilta, ja ne heijastavat valoa eri tavoilla. Esimerkiksi tämä kiiltävä lohikäärme heijastaa valoa eri tavalla kuin kiiltävä discopallo tai valkoinen kiekonheittäjäpatsas. Voimme nähdä erot heijastetussa valossa visualisoimalla ne tähän 3D-tilavuuskuvaajaan, jossa olemme ottaneet videon kuvaruudut ja pinonneet ne päällekkäin. Aika on esitetty tässä kuution syvyysmittana. Nämä kirkkaat pisteet ovat valon heijastumia discopallon jokaisesta peilipinnasta, jotka siroavat seinää vasten ajan kuluessa. Kirkkaat valojuovat, jotka saapuvat ajallisesti nopeiten ovat kiiltävästä lohikäärmeestä joka on lähinnä seinää, ja muut valojuovat ovat heijastuksia kirjahyllystä ja patsaasta. Voimme myös visualisoida nämä mittaustulokset kuva kuvalta videomuodossa jotta näemme valon hajoamisen suoraan. Näemme taas ensin valon heijastumia lohikäärmeestä, lähinnä seinää, jonka jälkeen kirkkaat pisteet discopallosta ja muita heijastuksia kirjahyllystä. Viimeisenä näemme heijastuneet valoaallot patsaasta. Nämä valoaallot, jotka valaisevat seinää ovat kuin ilotulitteita, jotka kestävät biljoonasosasekunnin. Vaikka eri esineet heijastavat valoa eri tavoilla, voimme silti saada niiden muodot näkyviin. Ja tämä on mitä voi nähdä kulman takaa. Seuraava esimerkki on vähän erilainen. Tässä videossa näette minut pukeutuneena heijastavaan pukuun ja kamerasysteemimme kuvaa seinää neljä kertaa sekunnissa. Puku on heijastava, jotta voimme napata tarpeeksi fotoneita ja nähdä, missä olen ja mitä olen tekemässä ilman, että kamera kuvaa minua suoraan. Tallentamalla fotoneita, jotka heijastuvat seinästä pukuuni, takaisin seinään ja sieltä kameraan, voimme nähdä tämän epäsuoran videon reaaliajassa. Mielestämme tämänlainen käytännöllinen, näkölinjaton kuvantaminen voisi olla hyödyllinen itseajavissa autoissa, mutta myös biokuvantamisessa, jossa tarvitsemme tietoa kehon pienenpienistä rakenteista. Voisimme ehkä käyttää samanlaisia kameroita niissä roboteissa, joita lähetämme tutkimaan muita planeettoja. Olette ehkä kuulleet kulman taakse näkemisestä ennenkin, mutta se mitä näytin teille olisi ollut mahdotonta kaksi vuotta sitten. Voimme esimerkiksi nähdä isoja, huoneen kokoisia tilanteita ulkona, reaaliajassa, ja olemme kehittäneet teknologiaa merkittävästi käytännöllisemmäksi, jota voit nähdä jokin päivä autoissa. Mutta tietenkin meillä on vielä haasteita. Voimmeko esim. nähdä piilossa olevia asioita kaukaa, jolloin voimme kerätä hyvin harvoja fotoneita matalatehoisilla lasereilla, jotka ovat turvallisia silmille? Tai voimmeko luoda kuvia fotoneista, jotka ovat heijastuneet monesti useammin kuin vain yhden kerran kulman ympäri? Voimmeko ottaa prototyyppimme, joka on iso ja kömpelö, ja pienentää sen johonkin, josta on hyötyä biokuvantamisessa tai vaikka parannellussa kodin hälytysjärjestelmässä, tai voimmeko käyttää tätä uutta kuvantamismenetelmää muuten? Tämä teknologia on jännittävää ja voi olla monia tilanteita, joita emme ole ajatelleet, missä sitä voi käyttää. Joten tulevaisuus itseajavilla autoilla voi tuntua nyt kaukaiselta, mutta olemme kehittämässä teknologioita turvallisempiin ja älykkäämpiin autoihin. Tieteellisen tutkimuksen ja keksintöjen nopea tahti tarkoittaa, että koskaan ei tiedä mitä uusia ja jännittäviä mahdollisuuksia on kulman takana. (Aplodit)