Como é que os carros autónomos "veem" ? — Sajan Saini

Vejam a lição completa: https://ed.ted.com/lessons/how-do-self-driving-cars-see-sajan-saini

Faz-se tarde, está escuro como breu e um carro autónomo abranda numa estrada rural estreita. Subitamente, aparecem três obstáculos ao mesmo tempo. Sem qualquer pessoa ao volante, o carro utiliza olhos inteligentes, sensores que decompõem todos esses detalhes numa fração de segundos. Como é isto possível? Sajan Saini explica como a tecnologia LIDAR e a integração fotónica torna os carros autónomos reais.

Lição de Sajan Saini, realização de Artrake Studio.

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.