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

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Allon Sasson

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

מאוחר, חשוך לגמרי, ומכונית אוטונומית נוסעת במורד כביש כפרי.

Suddenly, three hazards appear at the same time.

פתאום, שלושה מכשולים מופיעים באותו זמן.

What happens next?

מה יקרה עכשיו?

Before it can navigate this onslaught of obstacles,

לפני שתוכל לנווט בין מגוון המכשולים,

the car has to detect them—

המכונית צריכה לזהות אותם --

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

לקבל מספיק מידע על הגודל, הצורה והמיקום שלהם,

so that its control algorithms can plot the safest course.

כך שאלגוריתם השליטה שלה יוכל לנווט במסלול הכי בטוח.

With no human at the wheel,

ללא אדם ליד ההגה,

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

המכונית צריכה עיניים חכמות, גלאים שיעבדו את המידע הזה --

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

לא משנה הסביבה, מזג האויר או כמה חשוך --

all in a split-second.

הכל בחלקיקי שניות.

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

זו משימה כבדה, אבל יש פיתרון שמאחד שני דברים:

a special kind of laser-based probe called LIDAR,

סוג מיוחד של גלאי מבוסס לייזר שנקרא LIDAR,

and a miniature version of the communications technology

וגרסה מיניאטורית של טכנולוגית תקשורת

that keeps the internet humming, called integrated photonics.

ששומרת על האינטרנט מזמזם, שנקראת פוטוניקה משולבת.

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

כדי להבין את הלידאר, כדאי להתחיל עם טכנולוגיה קשורה - רדאר.

In aviation,

בתעופה,

radar antennas launch pulses of radio or microwaves at planes

אנטנות רדאר משגרות פולסים של רדיו או מיקרוגל למטוסים

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

כדי לגלות את המיקום שלהם על ידי תזמון של כמה זמן לוקח לקרניים לחזור.

That’s a limited way of seeing, though,

זו דרך מוגבלת לראות עם זאת,

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

בגלל שגודל הקרן הגדול לא יכול לראות פרטים קטנים.

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

בניגוד, הלידאר של מכוניות אוטונומית,

which stands for Light Detection and Ranging,

ראשית תיבות של זיהוי אור וטיווח,

uses a narrow invisible infrared laser.

משתמשת בלייזר אינפרא אדום בלתי נראה וצר.

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

היא יכולה לדמות תכונות קטנות כמו כפתור על חולצת הולך רגל

across the street.

בצד השני של הרחוב.

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

אבל איך אנחנו קובעים את הצורה, או העומק של התכונות האלו?

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

לידאר יורה רכבת של פולסיי לייזר סופר קצרים כדי לתת רזולוציית עומק.

Take the moose on the country road.

קחו לדוגמה את האייל על הדרך הכפרית.

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

כשהמכונית נוסעת, פולס לידאר אחד מתפזר מתחתית הקרניים שלו,

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

בעוד הבא יכול להגיע לקצה הקרן לפני שיוחזר.

Measuring how much longer the second pulse takes to return

מדידת כמה זמן יותר לוקח לפולס השני לחזור

provides data about the antler’s shape.

יספק מידע על צורת הקרן.

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

כשיש הרבה פולסים קצרים, מערכת לידאר מייצרת במהירות פרופיל מפורט.

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

הדרך הכי ברורה ליצור פולס אור היא להדליק ולכבות לייזר.

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

אבל זה הופך לייזר ללא יציב ומשפיע על התזמון המדוייק של הפולסים,

which limits depth resolution.

מה שמגביל את אבחנת העומק.

Better to leave it on,

עדיף להשאיר אותו דולק,

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

ולהשתמש במשהו אחר לחסום באופן מחזורי את האור באמינות ובמהירות.

That’s where integrated photonics come in.

שם הפוטוניקה המשולבת נכנסת לתמונה.

The digital data of the internet

המידע הדיגיטלי של האינטרנט

is carried by precision-timed pulses of light,

נישא על ידי פולסים של אור מתוזמנים במדויק,

some as short as a hundred picoseconds.

כמה קצרים באורך מאה פיקו-שניות.

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

דרך אחת ליצור את הפולסים האלה היא מודולטור מאך-זנדר.

This device takes advantage of a particular wave property,

המכשיר הזה משתמש ביתרון של תכונת גל מסויימת,

called interference.

שנקראת התאבכות.

Imagine dropping pebbles into a pond:

דמיינו שאתם מפילים אבנים לבריכה:

as the ripples spread and overlap, a pattern forms.

כשהגלים מתפשטים וחופפים, נוצרת תבנית.

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

בכמה מקומות, פסגות הגלים מצטברות והופכות לגדולות מאוד;

in other places, they completely cancel out.

במקומות אחרים, הן לגמרי מבטלות אחת את השניה.

The Mach-Zehnder modulator does something similar.

מודולטור מאך זנדר עושה משהו דומה.

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

הוא מפצל גלים של אור לאורך שתי זרועות מקבילות ולבסוף מחבר אותם.

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

אם האור מואט ומעוכב בזרוע אחת,

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

הגלים מתחברים מחוץ לסנכרון ומתבטלים, חוסמים את האור.

By toggling this delay in one arm,

על ידי מיתוג העיכוב בזרוע אחת,

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

המודולטור פועל כמו מתג הפעלה/כיבוי, ומשגר פולסים של אור.

A light pulse lasting a hundred picoseconds

פולס אור באורך מאה פיקו-שניות

leads to a depth resolution of a few centimeters,

מוביל להפרדת עומק של כמה סנטימטרים,

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

אבל המכוניות של מחר יצטרכו לראות טוב מזה.

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

על ידי חיבור המודולטור עם גלאי אור סופר רגיש שפועל במהירות,

the resolution can be refined to a millimeter.

הרזולוציה יכולה להיות משופרת למילימטר.

That’s more than a hundred times better

זה טוב פי מאה

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

ממה שאנחנו יכולים לזהות בראיה 6/6, מהצד השני של הרחוב.

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

הדור הראשון של לידאר לרכבים הסתמך על התקנים מסתובבים מסובכים

that scan from rooftops or hoods.

שסרקו מהגגות או ממכסה המנוע.

With integrated photonics,

עם פוטוניקה משולבת,

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

המודולטורים והגלאים מכווצים לפחות מעשירית המילימטר,

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

וארוזים בשבבים זעירים שיום אחד יתאימו לתוך פנסי המכונית.

These chips will also include a clever variation on the modulator

השבבים האלו יכללו גם גרסה חכמה של המודולטור

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

שתעזור להיפטר מחלקים נעים ולסרוק במהירויות גדולות.

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

על ידי האטת האור בזרוע המודולטור רק במעט,

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

המכשיר הנוסף הזה יפעל יותר כמו עמעם מאשר מתג הפעלה/כיבוי.

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

במערך של הרבה זרועות כאלו, כל אחת עם עיכוב נשלט זעיר,

is stacked in parallel, something novel can be designed:

שנערמות במקביל, אפשר לתכנן משהו חדשני:

a steerable laser beam.

קרן אור שניתנת לכיוון.

From their new vantage,

מנקודת המבט החדשה שלהם,

these smart eyes will probe and see more thoroughly

העיניים החכמות האלו יחקרו ויראו יותר ביסודיות

than anything nature could’ve imagined—

מכל דבר שהטבע יכול לדמיין --

and help navigate any number of obstacles.

ולעזור לנווט כל כמות של מכשולים.

All without anyone breaking a sweat—

הכל בלי להתאמץ --

except for maybe one disoriented moose.

אולי חוץ מאייל מבולבל.