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

Traducteur: Guillaume Rouy Relecteur: eric vautier

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

Il est tard, il fait nuit noire

et une voiture autonome roule sur une étroite route de campagne.

Suddenly, three hazards appear at the same time.

Soudainement, trois dangers apparaissent au même moment.

What happens next?

Qu'arrive-t-il ensuite ?

Before it can navigate this onslaught of obstacles,

Avant de se frayer un chemin à travers cet amas d'obstacles,

the car has to detect them—

la voiture doit les détecter

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

et obtenir assez d'informations sur leur taille, leur forme et leur position

so that its control algorithms can plot the safest course.

afin que ses algorithmes puissent choisir la trajectoire la plus prudente.

With no human at the wheel,

Sans humain devant le volant,

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

la voiture a besoin d'yeux intelligents, des capteurs qui décèlent les détails

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

quel que soit l'environnement, la météo ou la luminosité,

all in a split-second.

tout cela en une fraction de seconde.

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

C'est un défi de taille mais il existe une solution qui associe deux choses :

a special kind of laser-based probe called LIDAR,

un type spécial de sonde basée sur un laser, appelée lidar,

and a miniature version of the communications technology

et une version miniature de la technologie de communication

that keeps the internet humming, called integrated photonics.

qui maintient Internet en marche, appelée l'optique intégrée.

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

Pour comprendre le lidar, on peut débuter avec une technologie similaire, le radar.

In aviation,

Dans l'aviation,

radar antennas launch pulses of radio or microwaves at planes

les antennes radar lancent des pulsations d'ondes radio ou de micro-ondes aux avions

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

pour déterminer leur position

en chronométrant le temps qu'elles mettent à revenir.

That’s a limited way of seeing, though,

C'est néanmoins une manière limitée de voir

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

car les ondes de grande amplitude ne peuvent pas capter de petits détails.

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

En revanche, le système lidar d'une voiture autonome,

which stands for Light Detection and Ranging,

qui vient de l'anglais « light detection and ranging »,

uses a narrow invisible infrared laser.

utilise un laser infrarouge fin et invisible.

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

Il peut capturer des détails aussi petits qu'un bouton de la chemise d'un piéton

across the street.

de l'autre côté de la rue.

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

Mais comment détermine-t-on la forme ou le relief de ces objets ?

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

Le lidar envoie une série de pulsations très rapides pour la résolution du relief.

Take the moose on the country road.

Prenons un élan sur la route de campagne.

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

Tout en roulant, une pulsation du lidar est réfléchie sur le bas de ses bois,

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

alors qu'une autre peut toucher le bout d'un bois avant de revenir.

Measuring how much longer the second pulse takes to return

Chronométrer combien de temps en plus la seconde pulsation prend pour revenir

provides data about the antler’s shape.

informe à propos de la forme des bois.

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

Avec beaucoup de courtes pulsations, un lidar dessine vite un profil détaillé.

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

La manière la plus évidente de créer une pulsation lumineuse

est d'allumer et d'éteindre un laser.

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

Mais cela rend le laser instable et nuit à la précision des périodes de pulsation,

which limits depth resolution.

ce qui limite la résolution des détails.

Better to leave it on,

Il vaut mieux le laisser allumé et utiliser autre chose

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

pour bloquer la lumière périodiquement de manière fiable et rapide.

That’s where integrated photonics come in.

C'est là que l'optique intégrée intervient.

The digital data of the internet

Les données digitales d'Internet

is carried by precision-timed pulses of light,

sont transmises par des pulsations lumineuses très précises,

some as short as a hundred picoseconds.

certaines ne durant que cent picosecondes.

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

Une façon de créer ces pulsations utilise un interféromètre de Mach-Zehnder.

This device takes advantage of a particular wave property,

Cet appareil tire parti d'une propriété particulière des ondes,

called interference.

appelée l'interférence.

Imagine dropping pebbles into a pond:

Imaginez deux galets jetés dans un étang :

as the ripples spread and overlap, a pattern forms.

en se diffusant et en se chevauchant, les ondulations forment un motif.

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

A certains endroits, les vagues s'additionnent et sont plus hautes ;

in other places, they completely cancel out.

à d'autres endroits, elles s'annulent complètement.

The Mach-Zehnder modulator does something similar.

L'interféromètre de Mach-Zehnder fait quelque chose de similaire.

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

Il sépare une onde lumineuse le long de deux bras parallèles

et les rejoint ensuite.

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

Si la lumière est ralentie et retardée dans un bras,

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

les ondes se recombinent de manière désynchronisée

et s'annulent, ce qui bloque la lumière.

By toggling this delay in one arm,

En maîtrisant ce retard dans un bras,

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

l'interféromètre fonctionne comme un interrupteur

qui émet des pulsations lumineuses.

A light pulse lasting a hundred picoseconds

Une pulsation de lumière qui dure cent picosecondes

leads to a depth resolution of a few centimeters,

mène à une résolution du relief de quelques centimètres.

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

Mais les voitures de demain auront besoin de voir mieux que ça.

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

En couplant l'interféromètre

avec un capteur de lumière à action rapide très sensible,

the resolution can be refined to a millimeter.

la résolution peut être affinée jusqu'à un millimètre.

That’s more than a hundred times better

C'est plus de cent fois mieux

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

que ce que l'on peut discerner avec une vue de dix dixièmes

de l'autre côté de la rue.

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

La première génération de lidars automobiles

dépendait de montages rotatifs complexes

that scan from rooftops or hoods.

qui observent les alentours depuis les toits ou les capots.

With integrated photonics,

Avec l'optique intégrée,

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

les interféromètres et les capteurs rétrécissent

jusqu'à moins d'un dixième de millimètre

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

et sont contenus dans de minuscules puces qui entreront, un jour, dans les phares.

These chips will also include a clever variation on the modulator

Ces puces incluront aussi une version plus intelligente de l'interféromètre

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

afin d'aider à en finir avec les pièces en mouvement

et à scanner lorsqu'on roule très vite.

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

En ralentissant un petit peu la lumière dans le bras d'un interféromètre,

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

ce nouvel appareil agira plus comme un variateur qu'un interrupteur.

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

Si une série de bras, chacun avec un léger retard contrôlé,

is stacked in parallel, something novel can be designed:

est assemblée en parallèle,

quelque chose de novateur peut être conçu :

a steerable laser beam.

un rayon laser orientable.

From their new vantage,

Avec leurs nouvelles technologies,

these smart eyes will probe and see more thoroughly

ces yeux intelligents scruteront et verront plus minutieusement

than anything nature could’ve imagined—

que tout ce que la nature a pu imaginer

and help navigate any number of obstacles.

et aideront à traverser d'innombrables obstacles.

All without anyone breaking a sweat—

Tout cela sans que personne ne transpire,

except for maybe one disoriented moose.

peut-être à l'exception d'un élan désorienté.