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

Tłumaczenie: Korekta: Ola Królikowska

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

Ciemną nocą samochód autonomiczny jedzie krętą, wąską wiejską drogą.

Suddenly, three hazards appear at the same time.

Nagle jednocześnie pojawiają się trzy niebezpieczeństwa.

What happens next?

Co się teraz wydarzy?

Before it can navigate this onslaught of obstacles,

Zanim samochód pokona ten rząd przeszkód,

the car has to detect them—

musi najpierw je wykryć,

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

zbierając niezbędne informacje o ich wielkości, kształcie i położeniu,

so that its control algorithms can plot the safest course.

które pozwolą algorytmom kontroli wyznaczyć najbezpieczniejszą trasę.

Kiedy za kierownicą nie ma człowieka,

With no human at the wheel,

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

samochód potrzebuje inteligentnych oczu, czujników, które rozpracują te szczegóły

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

niezależnie od środowiska, pogody czy ciemności

all in a split-second.

w ułamku sekundy.

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

To trudne zadanie, ale istnieje rozwiązanie łączące dwa elementy.

a special kind of laser-based probe called LIDAR,

Szczególny rodzaj sondy laserowej zwanej lidarem

and a miniature version of the communications technology

i zminiaturyzowane urządzenie wykorzystujące technologię komunikacyjną,

that keeps the internet humming, called integrated photonics.

o której głośno w internecie, zwaną fotoniką scaloną.

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

W zrozumieniu, jak działa lidar, pomoże nam podobne urządzenie, radar.

W lotnictwie

In aviation,

radar antennas launch pulses of radio or microwaves at planes

anteny radarowe wysyłają impulsy fal radiowych i mikrofal,

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

żeby określić położenie samolotów na podstawie czasu odbicia wiązki.

That’s a limited way of seeing, though,

Ale takie widzenie jest ograniczone,

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

bo duże wiązki nie mogą obrazować drobnych szczegółów.

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

Tymczasem wykorzystywany w samochodach autonomicznych lidar,

nazwany tak od angielskich słów Light Detection and Ranging,

which stands for Light Detection and Ranging,

uses a narrow invisible infrared laser.

używa niewidocznego, wąskiego lasera podczerwieni.

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

Potrafi on obrazować obiekty małe jak guzik na koszuli pieszego

across the street.

przechodzącego przez ulicę.

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

Ale jak określić kształt czy głębokość tych obiektów?

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

Żeby określić głębię, lidar wysyła serię bardzo krótkich impulsów laserowych.

Take the moose on the country road.

Weźmy łosia na wiejskiej drodze.

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

Podczas jazdy jeden impuls lidaru rozprasza się od podstawy jego rogów,

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

a kolejny przed odbiciem się może dotrzeć do końcówki jednego rogu.

Measuring how much longer the second pulse takes to return

Mierząc różnicę czasu powrotu impulsów,

provides data about the antler’s shape.

otrzymujemy informację na temat kształtu rogów.

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

Wysyłając wiele krótkich impulsów, lidar szybko tworzy szczegółowy profil.

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

Najprościej stworzyć impuls świetlny, włączając i wyłączając laser,

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

ale wtedy jest on niestabilny i trudno precyzyjnie zsynchronizować impulsy,

which limits depth resolution.

co ogranicza ostrość głębi.

Better to leave it on,

Lepiej nie wyłączać lasera

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

i wykorzystać coś innego do okresowego blokowania światła szybko i niezawodnie.

That’s where integrated photonics come in.

Tu pojawia się fotonika scalona.

The digital data of the internet

Cyfrowe dane w internecie

is carried by precision-timed pulses of light,

przekazują precyzyjnie zsynchronizowane impulsy świetlne,

some as short as a hundred picoseconds.

z których niektóre trwają tylko 100 pikosekund.

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

Takie impulsy można tworzyć za pomocą modulatora Macha-Zehndera.

This device takes advantage of a particular wave property,

Urządzenie to wykorzystuje szczególną właściwość fal

called interference.

zwaną interferencją.

Imagine dropping pebbles into a pond:

Wyobraźcie sobie, że wrzucacie kamyki do stawu.

as the ripples spread and overlap, a pattern forms.

Rozchodząc się i nachodząc na siebie, zmarszczki na powierzchni tworzą wzór.

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

W niektórych miejscach szczyty fal łączą się i są bardzo duże.

in other places, they completely cancel out.

W innych całkowicie się znoszą.

The Mach-Zehnder modulator does something similar.

Modulator Macha-Zehndera działa podobnie.

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

Rozdziela fale świetlne i wysyła przez dwa równoległe ramiona, po czym łączy na nowo.

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

Jeśli w jednym z ramion zwolnimy przepływ światła,

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

fale u wyjścia nie będą zsynchronizowane i będą znosić się, blokując światło.

By toggling this delay in one arm,

Ustawiając opóźnienie w jednym z ramion,

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

możemy za pomocą modulatora włączać i wyłączać impulsy światła.

A light pulse lasting a hundred picoseconds

Impuls światła trwający 100 pikosekund

leads to a depth resolution of a few centimeters,

pozwala na uzyskanie kilkucentymetrowej ostrości głębi,

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

ale samochody przyszłości będą musiały widzieć lepiej.

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

Łącząc modulator z bardzo wrażliwym, szybko działającym czujnikiem światła,

the resolution can be refined to a millimeter.

można zwiększyć ostrość do milimetra.

That’s more than a hundred times better

To ponad sto razy lepszy wynik

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

niż to, co widzi człowiek o dobrym wzroku stojący po drugiej stronie ulicy.

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

Pierwsza generacja lidarów samochodowych wykorzystywała złożone zespoły obrotowe

that scan from rooftops or hoods.

umieszczane na dachu lub masce pojazdu.

With integrated photonics,

Dzięki fotonice scalonej

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

można zmniejszyć modulatory i czujniki do mniej niż jednej dziesiątej milimetra

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

i umieścić je w mikroprocesorach, które kiedyś będą montowane w światłach.

These chips will also include a clever variation on the modulator

Mikroprocesory te będą też zawierać sprytną odmianę modulatora,

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

pozwalającą wyeliminować ruchome części i działać przy dużych prędkościach.

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

Jeśli w ramieniu modulatora tylko nieznacznie zwolnimy światło,

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

to dodatkowe urządzenie będzie je raczej przyciemniać niż włączać i wyłączać.

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

Jeśli szereg ramion ułożymy równolegle,

każde z kontrolowanym opóźnieniem, możemy stworzyć coś zupełnie nowego,

is stacked in parallel, something novel can be designed:

a steerable laser beam.

sterowalną wiązkę laserową.

From their new vantage,

Z nowego punktu obserwacyjnego

these smart eyes will probe and see more thoroughly

inteligentne oczy będą sondować i widzieć dokładniej

than anything nature could’ve imagined—

niż mogła to wymyślić natura,

and help navigate any number of obstacles.

i pomagać pokonywać każdą liczbę przeszkód.

All without anyone breaking a sweat—

A to wszystko, nie stresując nikogo,

except for maybe one disoriented moose.

może z wyjątkiem zdezorientowanego łosia.