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

Tradutor: João Garcias Revisora: Margarida Ferreira

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

Faz-se tarde, está escuro como breu

e um carro autónomo abranda numa estrada rural estreita.

Suddenly, three hazards appear at the same time.

Subitamente, aparecem três obstáculos ao mesmo tempo.

What happens next?

O que acontece de seguida?

Before it can navigate this onslaught of obstacles,

Antes de conseguir orientar-se perante esta investida de obstáculos,

the car has to detect them—

o carro tem de os detetar:

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

compilando informações suficientes sobre o seu tamanho, forma e posição,

so that its control algorithms can plot the safest course.

de modo que os seus algoritmos de controlo consigam traçar a rota mais segura.

With no human at the wheel,

Sem uma pessoa ao volante,

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

o carro precisa de olhos inteligentes: sensores que decomponham esses detalhes,

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

independentemente do ambiente, do tempo, ou da escuridão,

all in a split-second.

tudo numa fração de segundos.

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

É uma tarefa difícil, mas há uma solução que combina duas coisas:

a special kind of laser-based probe called LIDAR,

um tipo especial de sonda baseado em "lasers", o LIDAR,

and a miniature version of the communications technology

e uma versão em miniatura da tecnologia de comunicação

that keeps the internet humming, called integrated photonics.

que mantém a Internet a funcionar, chamada fotónica integrada.

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

Para compreender o LIDAR, ajuda começar por uma tecnologia relacionada: o radar.

In aviation,

Na aviação,

radar antennas launch pulses of radio or microwaves at planes

as antenas de radar enviam pulsos de rádio ou de micro-ondas para os aviões

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

para determinar as suas localizações ao temporizar o reflexo dos pulsos.

That’s a limited way of seeing, though,

No entanto, essa é uma visualização limitada

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

porque os grandes feixes não conseguem visualizar os pequenos detalhes.

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

Em contraste, num carro autónomo, o sistema LIDAR

which stands for Light Detection and Ranging,

que significa Sistema de Varredura a Laser,

uses a narrow invisible infrared laser.

utiliza um "laser" invisível estreito de infravermelhos.

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

Consegue visualizar detalhes tão pequenos como o botão da camisa de um transeunte,

across the street.

do outro lado da rua.

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

Mas como determinamos a forma ou profundidade dessas características?

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

O LIDAR dispara um conjunto de pulsos "laser" muito curtos

para determinar a sua profundidade.

Take the moose on the country road.

Imaginem um alce numa estrada rural.

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

À medida que o carro anda, um pulso LIDAR dispersa-se na base dos seus galhos,

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

enquanto um outro talvez viaje até ao topo de um galho antes de se refletir.

Measuring how much longer the second pulse takes to return

Ao medir quanto mais tempo demora o segundo pulso a voltar,

provides data about the antler’s shape.

obtêm-se informações sobre a forma do galho.

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

Com muitos pulsos curtos, um sistema LIDAR forma rapidamente um perfil detalhado.

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

A forma mais óbvia de criar um pulso de luz é ligar e desligar um "laser".

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

Mas isto torna o laser instável e afeta a temporização precisa dos seus pulsos,

which limits depth resolution.

o que limita a sua profundidade.

Better to leave it on,

O melhor é deixá-lo ligado,

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

e utilizar outra coisa para bloquear a luz periodicamente de modo rápido e fiável.

That’s where integrated photonics come in.

É aí que entra a integração fotónica.

The digital data of the internet

Os dados digitais da Internet

is carried by precision-timed pulses of light,

são transportados por pulsos de luz temporizados precisamente,

some as short as a hundred picoseconds.

alguns tão curtos quanto 100 picossegundos.

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

Uma forma de criar esses pulsos é através de um modulador Mach-Zehnder.

This device takes advantage of a particular wave property,

Este dispositivo tira proveito de uma propriedade particular da onda,

called interference.

designada interferência.

Imagine dropping pebbles into a pond:

Imaginem deixar cair umas pedrinhas num lago:

as the ripples spread and overlap, a pattern forms.

as ondulações espalham-se e sobrepõem-se, formando um padrão.

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

Nalguns lugares, os picos das ondas sobrepõem-se e tornam-se enormes.

in other places, they completely cancel out.

Noutros, cancelam-se uns aos outros.

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 reúne-os eventualmente.

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

Se a luz for atrasada num braço,

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

as ondas reúnem-se fora de sincronia e cancelam-se, bloqueando a luz.

By toggling this delay in one arm,

Ao comutar este atraso num braço,

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

o modulador age como um interruptor, emitindo pulsos de luz.

A light pulse lasting a hundred picoseconds

Um pulso de luz, que dura 100 picossegundos,

leads to a depth resolution of a few centimeters,

forma uma resolução de alguns centímetros,

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

mas os carros do futuro vão precisar de ver melhor que isso.

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

Ao combinar o modulador com um detetor de luz bastante sensível e de ação rápida,

the resolution can be refined to a millimeter.

a resolução pode ser melhorada até um milímetro.

That’s more than a hundred times better

Isso é mais de uma centena de vezes melhor

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

que a visão perfeita de uma pessoa do outro lado da rua.

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

O primeiro LIDAR para automóveis baseou-se em montagens complexas giratórias

that scan from rooftops or hoods.

que digitalizam a partir de telhados ou capôs.

With integrated photonics,

Com a integração fotónica,

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

os moduladores e detetores estão a ser encolhidos para menos de 0,1 milímetros,

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

e colocados em pequenos chips que, um dia, caberão dentro dos faróis dos carros.

These chips will also include a clever variation on the modulator

Estes chips também incluirão uma variação inteligente do modulador

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

para acabar com as partes móveis e poder digitalizar a altas velocidades.

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

Ao atrasar apenas um pouco a luz no braço do modulador

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

este componente adicional agirá mais como um regulador do que um interruptor.

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

Se um conjunto de braços destes, cada um com um atraso controlado,

is stacked in parallel, something novel can be designed:

estiver colocado em paralelo, algo novo pode ser concebido:

a steerable laser beam.

um feixe "laser" orientável.

From their new vantage,

Com esta nova vantagem,

these smart eyes will probe and see more thoroughly

estes olhos inteligentes conseguem sondar e ver mais detalhadamente

than anything nature could’ve imagined—

do que alguma vez a Natureza conseguiu,

and help navigate any number of obstacles.

e ajudar a orientar-se entre qualquer número de obstáculos.

All without anyone breaking a sweat—

Tudo sem o esforço de ninguém,

except for maybe one disoriented moose.

exceto talvez o de um alce desorientado.