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

번역: DK Kim 검토: Sojeong KIM

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

칠흑같이 어두운 늦은 밤에 자율주행차가 시골길을 달리고 있습니다.

Suddenly, three hazards appear at the same time.

느닷없이 장애물이 한꺼번에 3가지나 나타납니다.

What happens next?

무슨 일이 벌어질까요?

Before it can navigate this onslaught of obstacles,

차량이 이런 난관을 헤쳐나가려면

the car has to detect them—

먼저 장애물들을 감지해야 합니다.

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

크기, 형태, 위치정보를 충분히 모아서

so that its control algorithms can plot the safest course.

통제규칙이 가장 안전한 길을 그려내게 합니다.

With no human at the wheel,

운전대를 잡고 있는 사람은 없으니

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

차량은 사태를 해결할 지능형 시각인 감지기가 필요합니다.

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

환경이나 날씨와 상관없이 얼마나 어둡든 간에

all in a split-second.

찰나의 순간에 모두 처리해야 합니다.

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

아주 어려운 과제이지만 두 가지를 결합한 해법이 있습니다.

a special kind of laser-based probe called LIDAR,

레이저를 사용하는 탐색기, 즉 라이다와

and a miniature version of the communications technology

인터넷이 활발하게 움직이게 하는 통신기술의 축소판, 통합광학기입니다.

that keeps the internet humming, called integrated photonics.

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

라이다를 이해하려면 관련기술인 레이다부터 보면 쉽습니다.

In aviation,

항공에서는 레이다 안테나가 항공기에 전파나 초단파를 발사해서

radar antennas launch pulses of radio or microwaves at planes

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

전파가 돌아오는 시간을 측정해서 위치를 알아냅니다.

That’s a limited way of seeing, though,

하지만 그것은 제한적인 방법입니다.

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

전파의 파장이 크기 때문에 미세한 부분을 형상화하기 어렵습니다.

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

반대로 자율주행차의 라이다 체계는

which stands for Light Detection and Ranging,

광 탐지 및 측정을 의미하는데

uses a narrow invisible infrared laser.

좁은 대역의 보이지 않는 적외선 레이저를 사용합니다.

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

길 건너편 보행자의 셔츠 단추만한 크기도 형상화 할 수 있습니다.

across the street.

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

그런데 물체의 형태나 깊이는 어떻게 정할까요?

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

라이다는 아주 짧은 레이저 펄스를 연속 발사하여 깊이 분해능을 정합니다.

Take the moose on the country road.

시골길의 큰사슴을 예로 들어보겠습니다.

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

차가 지나가면서 라이다 펄스 하나가 뿔의 아래 부분에서 산란됩니다.

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

다른 펄스 하나는 뿔의 끝부분에서 산란되어 돌아옵니다.

Measuring how much longer the second pulse takes to return

두 번째 펄스가 돌아오기까지 시간이 얼마나 더 걸렸는지 측정하여

provides data about the antler’s shape.

뿔의 형태에 대한 자료를 얻습니다.

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

짧은 펄스를 많이 사용하여 라이다는 상세한 형태를 빠르게 그려냅니다.

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

빛의 펄스를 만드는 가장 확실한 방법은 레이져를 켰다 껐다하는 것입니다.

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

그렇게 하면 레이져는 불안정해져서 펄스의 정밀한 시간에 영향을 줍니다.

which limits depth resolution.

결국 깊이 분해능에 제한을 줍니다.

Better to leave it on,

차라리 그냥 켜둔 채로 두고 주기적으로 빛을 차단하는

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

신뢰성있고 신속한 다른 방법을 사용하는 것이 더 낫습니다.

That’s where integrated photonics come in.

바로 그것이 통합 광학기를 사용하는 이유입니다.

The digital data of the internet

인터넷의 디지털 자료들은

is carried by precision-timed pulses of light,

정밀하게 맞춰진 빛의 펄스에 실려 전달됩니다.

some as short as a hundred picoseconds.

펄스는 100피코 초 정도로 짧습니다.

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

이런 펄스를 만드는 한 가지 방법은 마하젠더 변조기를 사용하는 것입니다.

This device takes advantage of a particular wave property,

이 기구는 파동의 특정한 상태를 이용합니다.

called interference.

이는 바로 간섭이지요.

Imagine dropping pebbles into a pond:

연못에 던진 돌멩이를 생각해보십시오.

as the ripples spread and overlap, a pattern forms.

파문이 퍼져 나가고 겹치면서 패턴을 만듭니다.

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

어떤 곳에서는 마루가 합쳐지면서 아주 높이 솟습니다.

in other places, they completely cancel out.

다른 곳에서는 상쇄되어 없어집니다.

The Mach-Zehnder modulator does something similar.

마하젠더 변조기는 이와 비슷한 일을 합니다.

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

빛의 파동을 평행한 두 부분으로 분리했다가 다시 합칩니다.

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

만약 한 쪽에서 느려지고 살짝 지연되면

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

파동은 동기화가 깨진 채로 합쳐져서 상쇄하거나 빛을 가로막습니다.

By toggling this delay in one arm,

한쪽에서 이런 지연을 조작하면

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

변조기는 빛의 펄스를 발하는 스위치와 같은 역할을 합니다.

A light pulse lasting a hundred picoseconds

100피코 초 동안 나오는 빛의 펄스는

leads to a depth resolution of a few centimeters,

몇 cm의 깊이 분해능을 보여줍니다.

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

하지만 미래의 차는 성능이 더 좋아야 할 것입니다.

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

매우 민감하고 빠른 광탐지기와 변조기를 합치면

the resolution can be refined to a millimeter.

분해능은 1 mm까지 정밀해집니다.

That’s more than a hundred times better

길 건너에서 좋은 시력으로 보는 것보다 100배 이상 좋은 것입니다.

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

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

1세대 자동차 라이다는

지붕이나 후드에 설치한 복잡한 회전 부품을 사용했습니다.

that scan from rooftops or hoods.

With integrated photonics,

통합 광학기를 사용한 변조기와 탐지기는 0.1 mm보다 작아졌으며

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

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

차량의 전조등에 들어갈 만큼 작은 칩에 집어 넣을 수 있을 것입니다.

These chips will also include a clever variation on the modulator

또한 이 칩에는 개선된 변조기가 내장되어

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

움직이는 부품을 제거하여 빠른 속도로 탐지하게 됩니다.

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

변조기의 한 팔에서 빛의 속도를 아주 조금 지연시킴으로써

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

이 추가적인 기기는 스위치보다는 조광기로 작동할 것입니다.

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

의도적으로 지연시킨 기기들을 여럿 묶어서

is stacked in parallel, something novel can be designed:

평행하게 쌓으면 멋진 것이 탄생합니다:

a steerable laser beam.

조향 가능한 레이져 빔입니다.

From their new vantage,

새로운 시각에서 보면 이 지능형 시각은

these smart eyes will probe and see more thoroughly

자연에서 볼 수 있는 어떤 것보다 더 철저하게 탐지하고

than anything nature could’ve imagined—

and help navigate any number of obstacles.

많은 장애물을 헤쳐 나갈 수 있습니다.

All without anyone breaking a sweat—

아무도 신경 쓸 필요없습니다.

except for maybe one disoriented moose.

아마도 길잃은 큰사슴은 제외하고요.