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

Translator: Ayan Organization Reviewer: Daban Q Jaff

کات درەنگە، شەوە زەنگە، ئۆتۆمبێلێکی بێ شۆفێر بە شەقامێکی تەنگی شاردا دەڕوات.

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

Suddenly, three hazards appear at the same time.

لە پڕێکدا، سێ خاڵی سوور کە بەربەستن لە یەک کاتدا دەردەکەون.

What happens next?

دواتر چی ڕوودەدات؟

Before it can navigate this onslaught of obstacles,

سەیارەکە پێش ئەوەی بەرەو ئەم بەربەستە مەترسیدارانە لێبخوڕێت،

the car has to detect them—

پێویستە لێیان بکۆڵێتەوە—

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

زانیاری دەربارەیی قەبارە و شێوە و شوێنەکانیان کۆ بکاتەوە،

so that its control algorithms can plot the safest course.

بۆ ئەوەی ھەنگاو بە ھەنگاو ڕێگەی سەلامەت بدۆزێتەوە.

With no human at the wheel,

بێ ئەوەی ھیچ کەسێک لێی بخوڕێت،

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

سەیارەکە پێویستی بە دوو چاوی تیژ و ھەستەوەرە تا ئەم زانیارییانەی بۆ کۆبکاتەوە

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

گرنگ نییە ژینگە، کەشوھەوا چۆنە یا چەندێک تاریکە—

all in a split-second.

دەبێت ھەمووی لە نیو چرکەدا کۆ بکاتەوە.

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

ئەمە ئەرکێکی قورسە، بەڵام لێرەدا دوو چارەسەر ھەیە:

a special kind of laser-based probe called LIDAR,

جۆرێکی تایبەتی لەیزەری ھەستدار پێی دەگوترێ "ڵایدار"،

and a miniature version of the communications technology

و جۆرێکی بچوک و تایبەتی تەکنەلۆجیایی پەیوەندی،

that keeps the internet humming, called integrated photonics.

کە ناهێڵێت ھێڵی ئینتەرنێت بپچڕێت، پێی دەگوترێت"ئینتگرەیتید فۆتۆنیکس".

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

بۆ ئەوەی لە ڵایدار تێبگەیین، پێویستە بزانین تەکنەلۆجیای ڕادار چییە.

In aviation,

لە زانستی فڕیندا،

radar antennas launch pulses of radio or microwaves at planes

ھەستەوەرەکانی ڕادار شەپۆلی ڕادیۆیی و مایکرۆوەیڤی دەگرنە فڕۆکەکان

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

بۆ زانینی شوێنەکانیان ئەویش بەوەی چەندێک خێرا تیشەکەکان دەگەڕێنەوە بۆیان.

That’s a limited way of seeing, though,

ھەرچەندە، ئەمە ڕێگەیەکی سنورداری بینینە،

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

لەبەر ئەوەی ئەم تیشکە گەورانە ناتوانن زانیاری ورد ببینن.

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

بەپێچەوانەوە، سیستەمی ڵایدار بۆ لێخوڕینی ئۆتۆمبێلی بێ شۆفێر،

which stands for Light Detection and Ranging,

کە بەکاردێت بۆ ڕووناکی دۆزینەوە و مەودای بینین،

uses a narrow invisible infrared laser.

تیشکێکی بچووکی ژێر سوور بەکاردەهێنێت.

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

کە دەتوانێ وێنەی بچوکترین شت بگرێت وەک قۆپچەی کراسی ڕێبوارێک

across the street.

لەسەر شەقامەکە.

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

بەڵام چۆن ئێمە شێوە و قووڵی ئەم شتانە دیاری دەکەین؟

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

ڵایدار زنجیرەیەک شەپۆلی کورتی لەیزەری دەنێڕێت بۆ بەدەستھێنانی ئەم زانیاریانە.

Take the moose on the country road.

لە کاتی ڕۆشتندا بزنە کێوییەک دێتە سەر ڕێگەکەت.

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

کاتێک ئۆتۆمبێلەکە دەچێتە پێش، ڵایدارێک تیشک دەگرێتە بنی شاخەکانی،

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

لە کاتێکدا تیشکی دووەم بەرەو لوتکەیی یەکێک لە شاخەکانی دەڕوات پێش گەڕانەوەی.

Measuring how much longer the second pulse takes to return

پێوانەکردنی ئەوەی کە لێدانی دوەەم چەند چرکە زیاتری پێدەچێت بۆ گەڕانەوە

provides data about the antler’s shape.

زانیاریت دەداتێ دەربارەی شێوەی شاخەکانی.

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

سیستەمی ڵایدار بەلێدانی تیشکی کورت، زۆر بەخێرایی زانیاری تەواو ورد دەگوازێتەوە.

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

ئاسانترین ڕێ بۆ دروست کردنی لێدانی ڕوناکی، کوژاندنەوە و ھەڵکردنەوەی لەیزەرەکەیە

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

بەڵام ئەمە لەیزەرەکە ناجێگیر دەکات کار دەکاتە سەر وردی کاتی لێدانەکانی،

which limits depth resolution.

کە دەبێتە ھۆی سنوردارکردنی زانییارییە وردەکان.

Better to leave it on,

باشترە هەڵکراو بن،

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

و شتێکی تر بەکاربھێنن کە بەڕێکخراوی و خێرایی ڕێگە لە دەرچوونی ڕووناکی بگرێت.

That’s where integrated photonics come in.

لێرەد ڕۆڵی ئینتیگرەیتید فۆتۆنیکس دەردەکەوێت.

The digital data of the internet

کە زانیاریەکانی دیجیتاڵ ئینتەرنێت

is carried by precision-timed pulses of light,

لە کاتی خۆییدا و بە وردی یەکەکانی ڕوناکی دەگوازێتەوە،

some as short as a hundred picoseconds.

ھەنێکیان ھێندە کورتن ھێندەی سەد پیکۆ چرکە.

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

ڕێگەیەک بۆ درووست کردنی ئەم لێدانانە ئامێری ماک زێندەرە.

This device takes advantage of a particular wave property,

ئەم ئامێرە سود وەردەگرێت لە یەکێک لە خاسیەتەکانی شەپۆل.

called interference.

پێی دەوترێ تێەکەڵبوون.

Imagine dropping pebbles into a pond:

بیھێنە پێش چاوت، ھەندێک زیخ دەخەیتە دەریاچەیەکەوە:

as the ripples spread and overlap, a pattern forms.

شەپۆلەکانی ئاو جیا دەبنەوە و پێکدادەچن و شێوە وەردەگرن.

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

لە شوێنێکدا لوتکەی شەپۆلەکان یەک دەگرن بۆ ئەوەی گەورەتر ببن.

in other places, they completely cancel out.

لە شوێنێکی تر بە تەواوی لێک جیادەبنەوە.

The Mach-Zehnder modulator does something similar.

ئامێری شەپۆلگۆڕی ماک زێندەریـش شتێکی لەو شێوەیە دەکات، شەپۆلەکانی

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

ڕووناکی لە دوو باڵی تەریب لێک جیادەکاتەوە و لە کۆتایدا بەیەکیانەوە دەبەستێتەوە.

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

ئەگەر ڕووناکیەکە لە باڵێکەوە خاوبێتەوە و درەنگ بکەوێت،

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

شەپۆلەکان تێکەڵ دەبنەوە و لە کاردەکەون و بەر لە ڕووناکیەکە دەگرن.

By toggling this delay in one arm,

بەھۆێ ئەم دواکەوتنەوە لە باڵێكەوە ،

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

ئامێرەکە لە خۆوە ھەڵدەبێت و دەکوژێتەوە و لێدانەکانی ڕووناکی دەنێرێت.

A light pulse lasting a hundred picoseconds

یەک لێدان بۆ سەد پیکۆچرکە دەمێنێتەوە

leads to a depth resolution of a few centimeters,

دەتوانێت زانیاری وردی چەند سانتیمەترێک وەبگرێت،

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

بەڵام لە داھاتوو سەیارەکان پێویستە باشتر ببن.

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

بە جووتکردنی ئامێرەکە لەگەڵ پشکنەرێکی ڕووناکی زۆر ھەستیار و خێراکرداردا،

the resolution can be refined to a millimeter.

توانای بینین باشتر دەکات بۆ بینینی زانیاری شتێک کە میلیـمەترێک بێت،

That’s more than a hundred times better

کە ئەمە سەد جار باشرە لە چاوی ئێمە

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

کە ٦ لەسەر ٦ و دەمانەوێت سەیری شتێک لەوبەری شەقامەکە بکەین.

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

نەوەی یەکەمی ئۆتۆمبێلی ڵایدار بە پارچەیەکی خولاوەی ئاڵۆز پشتی بەستبوو

that scan from rooftops or hoods.

کە لەسەر ئۆتۆمبێل یان بۆنیت دەبەسترێت.

With integrated photonics,

لەگەڵ ئینتیگرەیتید فۆتۆنیکس،

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

ئامێری شەپۆلگۆڕەکە و پشکنەرەکە بچووک دەبنەوە بۆ ١٠جار کەمتر لە میلیـمەترێک.

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

و دەبنە پارچەی بچوک کە ڕۆژێک گونجاودەبن بۆ دانانیان لەنێو لایتی سەیارە.

These chips will also include a clever variation on the modulator

و ئەم پارچە بچووکانە گۆڕانی پێشکەوتووی تێدا دەبێت لەناو ئامێری شەپۆلگۆڕەکە،

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

کە یارمەتی ڕزگاربوون لە بەشە جوڵاوەکەی دەدات و لە خێراییەکی زۆردا پشکنین دەکات.

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

بە کەمێک کەمکردنەوەی خێرایی ڕووناکی لە لایەکی ئامێری شەپۆلگۆڕەکە،

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

پارچە پچووکە زیادکراوەکە زیاتر وەک کزکەرێک دەبێت نەک سویچی کوژاندنەوە و ھەڵکردن.

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

ئەگەر ڕێکخستنی یەکێک لەم باڵانە کەمێک درەنگ بکەوێت،

is stacked in parallel, something novel can be designed:

شتێکی نوێ درووست دەبێت:

a steerable laser beam.

تیشکی لەیزەری کۆنترۆڵکراو،

From their new vantage,

لەم پێشکەوتنە تازەیەدا،

these smart eyes will probe and see more thoroughly

ئەم چاوە زیرەکانە قووڵ دەبنەوە و ھەموو شتێک دەبینن

than anything nature could’ve imagined—

ھەرشتێک کە لە سروشتدا ھەبێت

and help navigate any number of obstacles.

و دەتوانێ خۆی لە ھەموو بەربەستێک لابدات.

All without anyone breaking a sweat—

هەموو ئەمانە دەکرێت ڕوو بدەن بێ هیچ ئیستۆپێک

except for maybe one disoriented moose.

بەڵام ئەگەر بزنە کێوییەکی سەرلێشێواو نەیەتە سەر ڕێگەکە.