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

Übersetzung: Ilona Stangl Lektorat: Andrea Hielscher

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

Es ist spät und stockfinster.

Ein selbstfahrendes Auto fährt auf einer engen, kurvenreichen Landstraße.

Suddenly, three hazards appear at the same time.

Plötzlich tauchen gleichzeitig drei Hindernisse auf.

What happens next?

Was passiert als Nächstes?

Before it can navigate this onslaught of obstacles,

Bevor es die Hindernisse umfahren kann,

the car has to detect them—

muss das Auto sie entdecken

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

und genug Informationen über Größe, Form und Position sammeln,

so that its control algorithms can plot the safest course.

damit seine Kontrollalgorithmen den sichersten Kurs planen können.

With no human at the wheel,

Ohne menschlichen Fahrer braucht das Auto intelligente Augen --

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

Sensoren, die diese Details registrieren müssen --

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

trotz Umgebung, Wetter- und Lichtverhältnissen

all in a split-second.

und all das sekundenschnell.

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

Eine große Aufgabe,

doch es gibt eine Lösung, die zwei Dinge kombiniert:

a special kind of laser-based probe called LIDAR,

ein spezielles laserbasiertes Messsystem namens LIDAR

and a miniature version of the communications technology

und Kommunikationstechnik im Kleinformat, die das Internet am Laufen hält,

that keeps the internet humming, called integrated photonics.

die integrierte Photonik.

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

Um LIDAR zu verstehen, hilft der Vergleich mit der verwandten Radartechnik.

In aviation,

In der Luftfahrt senden Radarantennen Funk- oder Mikrowellen an Flugzeuge.

radar antennas launch pulses of radio or microwaves at planes

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

Sie orten deren Position, indem sie messen,

wann die Wellen das Flugzeug treffen.

That’s a limited way of seeing, though,

Doch dieses Sichtsystem ist ungenau.

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

Denn die großen Strahlen erkennen keine Details.

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

Im Gegensatz dazu verwenden selbstfahrende Autos LIDAR,

d. h. lichtgestützte Ortung und Abstandsmessung.

which stands for Light Detection and Ranging,

uses a narrow invisible infrared laser.

LIDAR nutzt einen feinen, unsichtbaren Infrarot-Laser.

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

Er erkennt kleinste Objekte

wie den Hemdknopf eines Fußgängers auf der anderen Straßenseite.

across the street.

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

Wie lassen sich aber Form oder Tiefe dieser Objekte bestimmen?

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

LIDAR feuert zur Tiefenauflösung eine Reihe ultrakurzer Laserimpulse ab.

Take the moose on the country road.

Nehmen wir einen Elch auf der Landstraße.

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

Während der Wagen vorbeifährt,

trifft ein LIDAR-Impuls auf den Ansatz des Geweihs

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

und der nächste prallt von der Spitze einer Geweihschaufel ab.

Measuring how much longer the second pulse takes to return

Die Messung des Zeitunterschieds der Rückstreuung beider Impulse

provides data about the antler’s shape.

gibt Aufschluss über die Form des Geweihs.

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

So erstellt ein LIDAR-System mit vielen Kurzimpulsen ein schnelles Detailprofil.

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

Die einfachste Art der Lichtimpulserzeugung

ist das Ein- und Ausschalten eines Lasers.

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

Das macht ihn aber instabil

und beeinträchtigt das exakte Takten der Impulse.

which limits depth resolution.

So wird die Tiefenauflösung ungenau.

Better to leave it on,

Der Laser bleibt also besser an und man nutzt etwas anderes,

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

um das Licht schnell und zuverlässig periodisch abzudecken.

That’s where integrated photonics come in.

Hier kommt integrierte Photonik ins Spiel

The digital data of the internet

Digitale Internetdaten werden von präzise getakteten Lichtimpulsen übertragen --

is carried by precision-timed pulses of light,

some as short as a hundred picoseconds.

bis zu hundert Pikosekunden schnell.

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

Eine Art der Impulserzeugung bietet der Mach-Zehnder-Modulator.

This device takes advantage of a particular wave property,

Er nutzt den Vorteil einer bestimmten Welleneigenschaft, der Interferenz.

called interference.

Imagine dropping pebbles into a pond:

Wenn man Steine in einen Teich wirft,

as the ripples spread and overlap, a pattern forms.

breiten sich Wellen aus, überlappen sich und bilden ein Muster.

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

Hier und da laufen Wellen ineinander und bilden noch größere;

in other places, they completely cancel out.

manchmal heben sie einander auf.

The Mach-Zehnder modulator does something similar.

Der Mach-Zehnder-Modulator funktioniert ähnlich.

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

Er teilt Lichtwellen in zwei parallele Arme

und verbindet sie dann wieder.

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

Wird das Licht in einem Arm verlangsamt und verzögert,

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

verbinden sich die Wellen nicht synchron, heben sich auf und blockieren das Licht.

By toggling this delay in one arm,

Manipuliert man die Verzögerung in einem Arm,

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

wirkt der Modulator wie ein Ein-/Ausschalter

und sendet Lichtimpulse aus.

A light pulse lasting a hundred picoseconds

Ein Lichtimpuls von 100 Pikosekunden schafft zentimeterfeine Tiefenauflösungen.

leads to a depth resolution of a few centimeters,

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

Doch die Autos von morgen müssen noch besser sehen.

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

Durch Kopplung des Modulators mit einem hochempfindlichen, schnellen Lichtsensor

the resolution can be refined to a millimeter.

erhält man millimetergenaue Auflösungen.

That’s more than a hundred times better

Das ist über 100 Mal besser,

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

als was wir mit normaler Sehkraft auf der anderen Straßenseite erkennen.

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

Die 1. Generation des automobilen LIDAR nutzt komplexe Drehvorrichtungen.

that scan from rooftops or hoods.

Sie scannen von Dächern oder Motorhauben.

With integrated photonics,

Integrierte Photonik schrumpft Modulatoren und Sensoren

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

auf weniger als Zehntelmillimeter.

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

Sie sitzen in Mikrochips, die eines Tages in Autoscheinwerfer passen werden.

These chips will also include a clever variation on the modulator

In den Chips wird auch die smarte Version des Modulators zu finden sein.

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

So möchte man bewegliche Teile entfernen und bei hohem Tempo scannen können.

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

Durch nur geringe Verlangsamung des Lichts in einem Modulatorarm

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

ist diese Zusatzvorrichtung eher Dimmer als Ein-/Ausschalter.

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

Durch Parallelschaltung vieler Arme --

jeder davon mit kleiner kontrollierter Verzögerung --

is stacked in parallel, something novel can be designed:

kann man etwas Neues entwickeln: einen steuerbaren Laserstrahl.

a steerable laser beam.

From their new vantage,

An ihrem neuen Platz sondieren und sehen smarte Augen schärfer,

these smart eyes will probe and see more thoroughly

than anything nature could’ve imagined—

als es sich die Natur je vorgestellt hätte,

and help navigate any number of obstacles.

und helfen so, mögliche Hindernisse zu umfahren.

All without anyone breaking a sweat—

Dabei muss niemand nervös werden --

except for maybe one disoriented moose.

außer vielleicht ein desorientierter Elch.