בעתיד,
מכוניות ללא נהג יהיו בטוחות יותר ואמינות יותר מבני אדם.
אך כדי שזה יתאפשר,
אנחנו זקוקים לטכנולוגיות שיאפשרו למכוניות להגיב
מהר יותר מבני אדם,
אנחנו זקוקים לאלגוריתמים שנוהגים טוב יותר מבני אדם,
ואנחנו זקוקים למצלמות שרואות יותר משרואים בני אדם.
למשל, דמיינו מכונית ללא נהג שעומדת לפנות "פנייה עיוורת",
ומכונית אחרת מתקרבת
או אולי ילד שעומד לרוץ לכביש.
למרבה המזל, למכונית העתיד שלנו יהיה כוח-על,
מצלמה שרואה מעבר לפינות ומבחינה בסיכונים פוטנציאליים.
בשנים האחרונות, במסגרת הדוקטורט שלי
במעבדה להדמייה ממוחשבת בסטנפורד,
עבדתי על מצלמה שתעשה בדיוק את זה --
מצלמה שתראה עצמים שמוסתרים מעבר לפינות
או חסומים ממבט ישיר.
אדגים לכם מה המצלמה שלנו יכולה לראות.
זה ניסוי שערכנו בחוץ
שבו המצלמה סורקת בעזרת לייזר את הצד של הבניין הזה,
והסצנה שאנחנו רוצים לצלם
מוסתרת מעבר לפינה מאחורי המסך הזה.
כך שהמצלמה שלנו לא יכולה לקלוט אותה באופן ישיר.
אבל איכשהו,
המצלמה בכל זאת לוכדת את הגיאומטריה התלת-מימדית של הסצנה.
אז איך אנחנו עושים זאת?
הקסם קורה כאן במערכת הצילום הזאת.
תחשבו על זה כעל סוג של מצלמה במהירות גבוהה.
לא כזו שמצלמת 1000 פריימים בשניה,
או אפילו מיליון פריימים בשניה,
אלא טריליון פריימים בשניה.
כל כך מהר שהיא יכולה ללכוד את תנועת האור עצמו.
וכדי להדגים כמה מהר האור נע,
נשווה אותו למהירות של גיבור-על בספר קומיקס
שיכול לרוץ עד פי שלושה ממהירות הקול.
לקרן אור לוקח בערך 3.3 מיליארדיות שניה,
או 3.3 ננו-שניות,
לעבור מרחק של מטר אחד.
באותו זמן,
גיבור העל שלנו התקדם פחות מעובי שערה.
זה די מהיר.
אבל למעשה, אנחנו צריכים הדמיה מהירה בהרבה
אם ברצוננו ללכוד אור שנע במרחקים קטנים מסנטימטר.
המערכת שלנו יכולה ללכוד פוטונים
בקטעי זמן של 50 טריליוניות שניה בלבד,
או 50 פיקו-שניות.
אז אנחנו לוקחים את המצלמה האולטרה-מהירה הזאת
ומצמידים לה לייזר ששולח פולסי אור קצרים.
כל פולס נע לעבר הקיר הנראה הזה
וחלק מהאור מוחזר למצלמה,
אבל אנחנו משתמשים בקיר גם כדי לפזר אור מעבר לפינה
אל העצם המוסתר וחזרה.
אנחנו חוזרים על המדידה הזאת פעמים רבות
כדי לקלוט את זמן ההגעה של פוטונים רבים
ממיקומים שונים על הקיר.
ואחרי שקלטנו את המדידות האלו, אנחנו יכולים ליצור
סרטון של הקיר בעל טריליון פריימים בשניה.
הקיר הזה נראה רגיל לגמרי לעיניים שלנו,
אבל בטריליון פריימים בשניה, רואים משהו ממש מדהים.
אנחנו ממש יכולים לראות גלי אור מוחזרים מהסצנה המוסתרת
ומותזים על הקיר.
וכל גל כזה נושא מידע
על העצם המוסתר ששלח אותו.
ואנחנו יכולים לקחת את המדידות האלה
ולהעביר אותן אל אלגוריתם שיחזור
שיבנה מחדש את הגיאומטריה התלת-מימדית של הסצנה המוסתרת.
אראה לכם דוגמה נוספת של סצנת פנים שצילמנו,
הפעם עם מגוון של עצמים מוסתרים.
העצמים האלה הם בעלי מראה שונה אחד מהשני,
כך שהם מחזירים אור באופן שונה.
למשל, פסל הדרקון המבריק הזה מחזיר אור באופן שונה
מאשר כדור הדיסקו המכוסה מראות
או פסל זורק הדיסקוס הלבן.
ואכן ניתן לראות את ההבדלים באור המוחזר
על ידי הדמיית התלת-מימד הזאת,
שבה פשוט הערמנו יחד את הפריימים.
ציר הזמן פה מיוצג על ידי מימד העומק של הקוביה.
הנקודות הבהירות שרואים כאן הן החזרות אור
מכל אחת מהמראות שעל פני כדור הדיסקו,
מתפזרות על פני הקיר במשך הזמן.
פסי האור שמגיעים הכי מוקדם בזמן
הם מפסל הדרקון המבריק שקרוב ביותר לקיר,
והפסים האחרים הם החזרות אור מכוננית הספרים
ומהפסל.
אנחנו יכולים גם להראות את המדידות האלה פריים אחרי פריים,
כסרטון וידאו,
כדי לראות את האור המתפזר באופן ישיר.
שוב, אנחנו רואים קודם את החזרות האור מהדרקון,
הקרוב ביותר לקיר,
ואחריהן נקודות בהירות מכדור הדיסקו
והחזרות נוספות מכוננית הספרים,
ולבסוף רואים את גלי האור המוחזרים מהפסל.
גלי אור אלה המאירים את הקיר
הם כמו זיקוקים שנמשכים טריליונית שניה בלבד.
ולמרות שעצמים אלה מחזירים אור באופן שונה,
אנחנו עדיין יכולים לשחזר את צורתם.
וזה מה שאתם יכולים לראות מעבר לפינה.
אראה לכם עכשיו דוגמה נוספת, שונה במקצת.
בסרטון הזה, רואים אותי לבוש בחליפה מחזירת אור
והמצלמה שלנו סורקת את הקיר בקצב של ארבע פעמים בשניה.
החליפה מחזירה אור,
כך שאפשר לקלוט מספיק פוטונים
כדי לראות איפה אני נמצא ומה אני עושה,
בלי שהמצלמה ממש מכוונת אלי.
על ידי קליטת פוטונים שחוזרים מהקיר אל החליפה שלי,
וממנה חזרה לקיר וחזרה למצלמה,
אפשר לצלם את הסרטון העקיף הזה בזמן אמיתי.
אנחנו מאמינים שהדמיה מעשית כזאת של עצמים שאינם בשדה הראיה
יכולה להיות שימושית לישומים כמו מכוניות ללא נהג,
וגם להדמיה ביו-רפואית,
שם צריך להתבונן לתוך המבנים הזעירים של הגוף.
ויתכן שנוכל להתקין מצלמות דומות ברובוטים
שנשלח לחקור כוכבי לכת אחרים.
יכול להיות שכבר שמעתם על ראיה מעבר לפינה,
אבל מה שהראיתי היום היה בלתי-אפשרי
עד לפני שנתיים.
למשל, אנחנו יכולים היום לבצע הדמית חוץ של סצנות בגודל חדר
ובקצבים של זמן אמיתי,
והשגנו התקדמויות משמעותיות בדרך להפוך את זה לטכנולוגיה שימושית
שבאמת תיראו יום אחד במכונית.
אבל כמובן שישנם אתגרים נוספים.
למשל, האם אנחנו יכולים לדמות סצנות מוסתרות ממרחקים גדולים
בהם אנו אוספים מעט מאד פוטונים,
עם לייזרים בעלי הספק נמוך ובטיחותיים לעיניים.
והאם אנחנו יכולים ליצור תמונות מפוטונים
שהתפזרו בסביבה פעמים רבות יותר
מאשר החזרה אחת מעבר לפינה?
האם אנחנו יכולים לקחת את האב-טיפוס שלנו, שהוא כרגע גדול ומגושם,
ולמזער אותו למשהו שיכול להיות שימושי
בהדמיה ביו-רפואית
או אולי סוג של מערכת אבטחה ביתית משופרת,
ואולי אפשר לקחת את רעיון ההדמיה החדש הזה ולהשתמש בו בישומים אחרים?
אני מאמין שזאת טכנולוגיה חדשה ומלהיבה
ויכול להיות שישנם עוד דברים שעדיין לא חשבנו עליהם
שבהם ניתן להשתמש בה.
אז עתיד עם מכוניות ללא נהג
נראה אולי רחוק עכשיו --
אנחנו כבר מפתחים את הטכנולוגיות
שיהפכו את המכוניות לבטוחות וחכמות יותר.
ועם הקצב המהיר של תגליות מדעיות וחדשנות,
אין לדעת אילו יכולות חדשות ומלהיבות
מסתתרות ממש מעבר לפינה.
(מחיאות כפיים)