How do self-driving cars “see”? - Sajan Saini

المترجم: Mahmoud Saleh المدقّق: Hussain Laghabi

It’s late, pitch dark, and a self-driving car winds down a narrow country road.

الوقت متأخر ومظلم، وسيارة ذاتية القيادة تعبر طريقًا ريفيًا ضيقًا.

Suddenly, three hazards appear at the same time.

وفجأة تظهر ثلاثة أخطار في نفس الوقت.

What happens next?

ماذا سيحدث بعد ذلك؟

Before it can navigate this onslaught of obstacles,

قبل أن تتمكن السيارة من استكشاف الضرر الذي قد يصيبها من العوائق،

the car has to detect them—

على السيارة أن تكتشف هذه العوائق

gleaning enough information about their size, shape, and position,

جمع معلومات كافية عن حجمها، وهيئتها، وموضعها،

so that its control algorithms can plot the safest course.

بحيث تتمكن خوارزميات التحكم من رسم المسار الأكثر أمنًا.

With no human at the wheel,

ومع عدم وجود إنسان يقود السيارة،

the car needs smart eyes, sensors that’ll resolve these details—

فإن السيارة بحاجة إلى وجود عيون ذكية ومجسات من شأنها حل هذه التفاصيل

no matter the environment, weather, or how dark it is—

بغض النظر عن الطقس أو درجة الظلام

all in a split-second.

كل ذلك في جزء من الثانية.

That’s a tall order, but there’s a solution that partners two things:

هذه مهمة صعب تنفيذها، لكن هناك حل يربط بين شيئين:

a special kind of laser-based probe called LIDAR,

نوع خاص من مسار يعمل بالليزر يسمى ليدار،

and a miniature version of the communications technology

ونسخة مصغرة من تكنولوجيا الاتصالات

that keeps the internet humming, called integrated photonics.

التي تحافظ على نشاط الإنترنت تسمى فوتونيات متكاملة.

To understand LIDAR, it helps to start with a related technology— radar.

ولفهم الليدار، سيساعدنا البدء بتكنولوجيا ذات صلة — رادار.

In aviation,

في الطيران،

radar antennas launch pulses of radio or microwaves at planes

تطلق هوائيات الراديو نبضات من موجات الراديو أو الموجات الدقيقة تجاه الطائرات

to learn their locations by timing how long the beams take to bounce back.

لمعرفة مواقعها عبر تحديد الوقت المستغرق من الإشارات اللاسلكية للارتداد مرة أخرى.

That’s a limited way of seeing, though,

بالرغم من ذلك، هذه طريقة محدودة الرؤية،

because the large beam-size can’t visualize fine details.

وهذا يرجع إلى أن الإشارة اللاسلكية كبيرة الحجم لا يمكنها تصور التفاصيل الدقيقة.

In contrast, a self-driving car’s LIDAR system,

وفي المقابل، نظام ليدار للسيارة ذاتية القيادة،

which stands for Light Detection and Ranging,

الذي يعني النظام الضوئي للكشف وتحديد المدى،

uses a narrow invisible infrared laser.

يستخدم ليزر الأشعة تحت الحمراء غير المرئي الضيق،

It can image features as small as the button on a pedestrian’s shirt

ويمكنه رؤية معالم صغيرة مثل زر قميص أحد المشاة

across the street.

عبر الطريق.

But how do we determine the shape, or depth, of these features?

لكن كيف يمكننا تحديد الهيئة، أو عمق هذه الملامح؟

LIDAR fires a train of super-short laser pulses to give depth resolution.

يطلق الليدار سلسلة من نبضات آشعة الليزر القصيرة للغاية لإعطاء دقة العمق.

Take the moose on the country road.

لنأخذ مثلا غزال الموظ على الطريق الريفي

As the car drives by, one LIDAR pulse scatters off the base of its antlers,

أثناء مرور السيارة، تنشر أحد نبضات الليدار عبر قاعدة قرونه،

while the next may travel to the tip of one antler before bouncing back.

بينما تتجه الأخرى التي تليها إلى حافة أحد القرون قبل الارتداد مرة أخرى.

Measuring how much longer the second pulse takes to return

إن قياس كم المدة الأطول التي تستغرقها النبضة الثانية للعودة

provides data about the antler’s shape.

يقدم بيانات عن هيئة القرن.

With a lot of short pulses, a LIDAR system quickly renders a detailed profile.

وفي ظل النبضات القصيرة، يعطي نظام الليدار سريعًا مجموعة مواصفات أساسية مفصلة.

The most obvious way to create a pulse of light is to switch a laser on and off.

تمثل أبرز الطرق لخلق نبضات من الضوء هي في تشغيل الليزر وإيقافه.

But this makes a laser unstable and affects the precise timing of its pulses,

ولكن هذا يجعل الليزر غير مستقر ويؤثر على التوقيت الدقيق لنبضاته،

which limits depth resolution.

الأمر الذي من شأنه أن يحدّ من دقة العمق.

Better to leave it on,

من الأفضل تركه مفتوحًا،

and use something else to periodically block the light reliably and rapidly.

واستخدام شيء آخر لمنع الضوء بصفة دورية على نحو يمكن الاعتماد عليه وسريع.

That’s where integrated photonics come in.

وهنا تأتي الفوتونات المتكاملة.

The digital data of the internet

البيانات الرقمية للإنترنت

is carried by precision-timed pulses of light,

يتم بواسطة دقة توقيت نبضات الضوء،

some as short as a hundred picoseconds.

بعضها قصير كقصر مئات البيكو ثانية.

One way to create these pulses is with a Mach-Zehnder modulator.

وتمثل أحد الطرق لخلق النبضات هو باستخدام مضمن ماخ-زيندر.

This device takes advantage of a particular wave property,

يستفيد هذا الجهاز من أحد الخواص المعينة للموجة،

called interference.

تسمى التداخل.

Imagine dropping pebbles into a pond:

تخيل إسقاط حصى داخل بركة:

as the ripples spread and overlap, a pattern forms.

حيث أن مع انتشار التموجات وتداخلها، تتشكل أنماط.

In some places, wave peaks add up to become very large;

في بعض المواضع، تزداد قمم التموجات لتصبح كبيرة للغاية؛

in other places, they completely cancel out.

وفي مواضع أخرى، تختفي كليًا.

The Mach-Zehnder modulator does something similar.

يفعل مضمن ماخ-زيندلر شيئًا مشابهًا.

It splits waves of light along two parallel arms and eventually rejoins them.

فهو يقوم بتقسيم موجات الضوء على طول ذراعين متوازيين وفي النهاية.

If the light is slowed down and delayed in one arm,

إذا تباطأ الضوء وتأخر في أحد الذراعين،

the waves recombine out of sync and cancel, blocking the light.

تجتمع الأمواج مرة أخرى دون تزامن وتلغي وتسد الضوء.

By toggling this delay in one arm,

عند حدوث تأرجح لهذا التأخير في أحد الذراعين،

the modulator acts like an on/off switch, emitting pulses of light.

فإن المضمن يعمل كمفتاح تشغيل/ إيقاف، حيث يرسل نبضات من الضوء.

A light pulse lasting a hundred picoseconds

تدوم نبضة الضوء الواحدة لمئة بيكو ثانية

leads to a depth resolution of a few centimeters,

وتسبب دقة عمق تبلغ بضعة سنتيمترات،

but tomorrow’s cars will need to see better than that.

لكن السيارات في المستقبل ستحتاج لترى أفضل من ذلك.

By pairing the modulator with a super- sensitive, fast-acting light detector,

من خلال توصيل المضمن بكاشف للضوء فائق الحساسية وسريع العمل،

the resolution can be refined to a millimeter.

التصميم يمكن إسناده إلى ملليمتر.

That’s more than a hundred times better

هذا أفضل بمائة مرة.

than what we can make out with 20/20 vision, from across a street.

من ما يمكننا صنعه رؤية 20/20 من عبور الشارع.

The first generation of automobile LIDAR has relied on complex spinning assemblies

الجيل الأول من السيارات الليدار وقد اعتمدت على تركيبات الدوران المعقدة

that scan from rooftops or hoods.

أن المسح الضوئي من أسطح وأعمدة المنازل.

With integrated photonics,

بالدائرة الضوئية المتكاملة،

modulators and detectors are being shrunk to less than a tenth of a millimeter,

يتم تقليص أداة الكشف والتضمين إلى أقل من عُشر المليمتر،

and packed into tiny chips that’ll one day fit inside a car’s lights.

وتعبئتها في رقائق صغيرة حيث تتناسب مع أضواء السيارة.

These chips will also include a clever variation on the modulator

وسوف تشمل هذه الرقائق أيضاً تغيرًا ذكيًا في الموجة الكهرومغناطيسية

to help do away with moving parts and scan at rapid speeds.

By slowing the light in a modulator arm only a tiny bit,

عن طريق إبطاء الضوء في يد المتغير،

this additional device will act more like a dimmer than an on/off switch.

هذا الجهاز الإضافي سوف يعمل أكثر من التبديل بين الإطفاء/ التشغيل.

If an array of many such arms, each with a tiny controlled delay,

إذا هناك مجموعة من هذه المتغيرات الكثيرة، يسهل التحكم في كلٍ منها بسهولة،

is stacked in parallel, something novel can be designed:

تتجمع بالتوازي، شئ بديع يمكن تصميمه:

a steerable laser beam.

شعاع الليزر للتوجيه.

From their new vantage,

من وجهة نظرهم الجديدة،

these smart eyes will probe and see more thoroughly

هذه العيون الذكية ستدقق وتري بوضوح أكثر

than anything nature could’ve imagined—

and help navigate any number of obstacles.

ويساعد في اجتياز أي عقبات.

All without anyone breaking a sweat—

كل ذلك دون بذل أي جهد

except for maybe one disoriented moose.

باستثناء ربما غزالًا مشوشًا وحدًا.