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

Tradutor: Maurício Kakuei Tanaka Revisor: Maricene Crus

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

Está tarde, escuro como breu

e um carro autônomo segue por uma estrada estreita no interior.

Suddenly, three hazards appear at the same time.

De repente, surgem três perigos ao mesmo tempo.

What happens next?

O que acontece depois?

Before it can navigate this onslaught of obstacles,

Antes que possa navegar por esse ataque de obstáculos,

the car has to detect them—

o carro tem que detectá-los,

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

colhendo informações suficientes sobre tamanho, forma e posição deles

so that its control algorithms can plot the safest course.

para que seus algoritmos de controle possam traçar o rumo mais seguro.

With no human at the wheel,

Sem um ser humano ao volante,

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

o carro precisa de olhos inteligentes, sensores que resolverão esses detalhes,

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

não importa o ambiente, o clima ou quanto esteja escuro,

all in a split-second.

tudo em uma fração de segundo.

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

Essa é uma tarefa difícil, mas há uma solução que alia duas coisas:

a special kind of laser-based probe called LIDAR,

um tipo especial de sensor a laser chamado LIDAR,

and a miniature version of the communications technology

e uma versão em miniatura da tecnologia de comunicações

that keeps the internet humming, called integrated photonics.

que mantém a internet ativa,

chamada fotônica integrada.

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

Para ajudar a entender o LIDAR, começamos com uma tecnologia relacionada: o radar.

In aviation,

Na aviação,

radar antennas launch pulses of radio or microwaves at planes

as antenas de radar lançam pulsações de rádio ou microondas aos aviões

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

para descobrir suas localizações,

cronometrando quanto tempo os feixes de luz levam para retornar.

That’s a limited way of seeing, though,

Porém, esse é um modo limitado de verificação,

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

pois a grande extensão do feixe não consegue visualizar detalhes precisos.

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

Em contraste, o sistema LIDAR de um carro autônomo,

which stands for Light Detection and Ranging,

cuja sigla em inglês significa "Light Detection and Ranging",

uses a narrow invisible infrared laser.

usa um laser infravermelho estreito e invisível,

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

que pode visualizar aspectos tão pequenos

quanto o botão da camisa de um pedestre do outro lado da rua.

across the street.

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

Mas como determinamos a forma ou a profundidade desses aspectos?

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

LIDAR dispara uma sucessão de pulsações de laser supercurtas

para dar resolução de profundidade.

Take the moose on the country road.

Considere o alce na estrada.

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

Enquanto o carro passa, uma pulsação LIDAR atinge a base dos chifres do alce,

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

enquanto a próxima pulsação pode chegar até a ponta de um chifre antes de voltar.

Measuring how much longer the second pulse takes to return

A medição do tempo que a segunda pulsação leva para retornar

provides data about the antler’s shape.

fornece dados sobre a forma do chifre.

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

Com muitas pulsações curtas,

um sistema LIDAR renderiza rapidamente um perfil detalhado.

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

A maneira mais óbvia de criar uma pulsação de luz é ligar e desligar um laser.

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

Mas isso torna o laser instável e afeta o tempo preciso de suas pulsações,

which limits depth resolution.

o que limita a resolução da profundidade.

Better to leave it on,

É melhor deixá-lo ligado

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

e usar outra coisa para bloquear periodicamente a luz

de maneira confiável e rápida.

That’s where integrated photonics come in.

É aí que entram os fotônicos integrados.

The digital data of the internet

Os dados digitais da internet

is carried by precision-timed pulses of light,

são carregados por pulsações de luz com precisão cronometrada,

some as short as a hundred picoseconds.

algumas tão curtas quanto 100 picossegundos.

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

Uma maneira de criar essas pulsações é com um modulador Mach-Zehnder.

This device takes advantage of a particular wave property,

Esse dispositivo tira proveito de uma determinada propriedade de onda,

called interference.

chamada de interferência.

Imagine dropping pebbles into a pond:

Imagine jogar pedrinhas em um lago:

as the ripples spread and overlap, a pattern forms.

conforme as ondulações se espalham e se sobrepõem, forma-se um padrão.

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

Em alguns lugares, os picos de ondulação somam-se e aumentam muito;

in other places, they completely cancel out.

em outros, desaparecem totalmente.

The Mach-Zehnder modulator does something similar.

O modulador Mach-Zehnder faz algo semelhante.

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

Divide ondas de luz ao longo de dois braços paralelos

e, por fim, volta a reuni-las.

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

Se a luz for retardada e atrasada em um braço,

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

as ondas se recombinam fora de sincronia e desaparecem, bloqueando a luz.

By toggling this delay in one arm,

Ao controlar esse atraso em um braço,

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

o modulador age como um interruptor liga/desliga, emitindo pulsações de luz.

A light pulse lasting a hundred picoseconds

Uma pulsação de luz com duração de 100 picossegundos

leads to a depth resolution of a few centimeters,

leva a uma resolução de profundidade de alguns centímetros,

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

mas os carros do futuro precisarão enxergar melhor do que isso.

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

Ao juntar o modulador com um detector de luz supersensível e de ação rápida,

the resolution can be refined to a millimeter.

a resolução pode ser aperfeiçoada para um milímetro.

That’s more than a hundred times better

Isso é mais do que 100 vezes melhor

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

do que o que conseguimos discernir com visão perfeita, do outro lado da rua.

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

A primeira geração de automóveis LIDAR conta com conjuntos giratórios complexos

that scan from rooftops or hoods.

que escaneiam a partir do topo ou capota do carro.

With integrated photonics,

Com a fotônica integrada,

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

moduladores e detectores estão sendo reduzidos

a menos de um décimo de milímetro

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

e acondicionados em minúsculos chips

que, um dia, caberão dentro dos faróis de um carro.

These chips will also include a clever variation on the modulator

Esses chips também incluirão uma variação inteligente no modulador

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

para ajudar a eliminar partes móveis e digitalizar em velocidades rápidas.

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

Ao desacelerar apenas um pouco a luz em um braço do modulador,

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

esse dispositivo adicional atuará mais como regulador de intensidade

do que como interruptor liga/desliga.

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

Se um conjunto de muitos desses braços, cada um com um pequeno atraso controlado,

is stacked in parallel, something novel can be designed:

for montado em paralelo, algo novo pode ser projetado:

a steerable laser beam.

um feixe de laser direcionável.

From their new vantage,

A partir de seu novo posicionamento,

these smart eyes will probe and see more thoroughly

esses olhos inteligentes irão investigar e enxergar mais profundamente

than anything nature could’ve imagined—

do que qualquer coisa apresentada pela natureza

and help navigate any number of obstacles.

e ajudar a navegar quaisquer obstáculos.

All without anyone breaking a sweat—

Tudo sem que ninguém se esforce muito,

except for maybe one disoriented moose.

exceto talvez um alce desorientado.