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

Traducător: Mirel-Gabriel Alexa Corector: Cristina Nicolae

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

E târziu, e beznă și o mașină autonomă merge pe un drum de țară îngust.

Suddenly, three hazards appear at the same time.

Deodată, apar trei pericole în același timp.

What happens next?

Ce se va întâmpla?

Before it can navigate this onslaught of obstacles,

Înainte de a putea ocoli aceste obstacole,

the car has to detect them—

mașina trebuie să le detecteze,

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

adunând destule informații despre mărimea, forma și poziția lor,

so that its control algorithms can plot the safest course.

astfel încât algoritmul de control poate stabili cel mai sigur traseu.

With no human at the wheel,

Fără un șofer la volan,

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

mașina are nevoie de senzori pentru a afla aceste detalii,

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

indiferent de mediu, vreme sau cât e de întuneric,

all in a split-second.

totul într-o fracțiune de secundă.

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

E o misiune dificilă, dar există o soluție alcătuită din două lucruri:

a special kind of laser-based probe called LIDAR,

un instrument cu laser denumit LIDAR

and a miniature version of the communications technology

și o versiune în miniatură a metodei tehnologice

that keeps the internet humming, called integrated photonics.

ce susține funcțional internetul, denumită fotonică integrată.

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

Pentru a înțelege LIDAR-ul, putem începe cu o metodă asemănătoare, radarul.

In aviation,

În aviație,

radar antennas launch pulses of radio or microwaves at planes

antenele radar emit impulsuri de unde radio sau de microunde spre avioane

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

pentru a le afla locația prin măsurarea timpului necesar reîntoarcerii undei.

That’s a limited way of seeing, though,

E o metodă limitată, desigur,

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

deoarece mărimea undei nu permite o vizualizare a micilor detalii.

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

În contrast, sistemul LIDAR al unei mașini autonome,

which stands for Light Detection and Ranging,

ce se traduce prin detectare și măsurare luminoasă,

uses a narrow invisible infrared laser.

folosește un laser infraroșu cu undă îngustă.

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

Acesta poate detecta chiar și nasturele unui pieton

across the street.

de peste stradă.

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

Dar cum detectăm forma și adâncimea obiectelor?

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

LIDAR-ul emite o serie de impulsuri foarte scurte ce oferă o rezoluție în adâncime.

Take the moose on the country road.

Să luăm exemplu un elan ce se află pe un drum de țară.

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

În timp ce mașina merge, un impuls LIDAR se lovește de baza coarnelor,

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

în timp ce următorul impuls se lovește de vârful coarnelor și se întoarce.

Measuring how much longer the second pulse takes to return

Măsurând timpul necesar ca pulsul să se întoarcă,

provides data about the antler’s shape.

se determină forma coarnelor.

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

Folosind multe impulsuri scurte,

sistemul LIDAR formează rapid un profil detaliat.

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

Cel mai evident mod de a crea impulsuri de lumină

e să pornești și să oprești un laser.

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

Dar astfel laserul devine instabil

și afectează măsurarea exactă a duratei impulsurilor,

which limits depth resolution.

afectând rezoluția în adâncime.

Better to leave it on,

E mai bine să îl lași pornit

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

și să folosești altceva pentru a bloca lumina periodic, precis și rapid.

That’s where integrated photonics come in.

Aici intervine fotonica integrată.

The digital data of the internet

Informațiile de pe internet

is carried by precision-timed pulses of light,

sunt purtate de impulsuri de lumină precise,

some as short as a hundred picoseconds.

unele scurte cât o sutime de picosecundă.

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

Un mod de a crea aceste pulsuri e să folosești un modulator Mach-Zehnder.

This device takes advantage of a particular wave property,

Acest dispozitiv folosește o anumită proprietate a undei,

called interference.

numită interferență.

Imagine dropping pebbles into a pond:

Imaginează-ți că arunci niște pietre într-un lac:

as the ripples spread and overlap, a pattern forms.

pe măsură ce undele se împrăștie și se suprapun, se formează un model.

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

În unele locuri, undele se unesc și devin foarte mari;

in other places, they completely cancel out.

în alte locuri se anulează reciproc.

The Mach-Zehnder modulator does something similar.

Modulatorul Mach-Zehnder face ceva similar.

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

Desparte undele de lumină în două brațe paralele și apoi le reunește.

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

Dacă lumina e încetinită într-un braț,

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

reunirea undelor e desincronizată și se anulează reciproc.

By toggling this delay in one arm,

Prin provocarea acestei întârzieri într-un braț,

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

modulatorul se comportă ca un întrerupător,

emițând impulsuri luminoase.

A light pulse lasting a hundred picoseconds

Un impuls luminos cu o durată de o sutime de picosecundă

leads to a depth resolution of a few centimeters,

are o rezoluție în adâncime de câțiva centimetri,

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

dar mașinile viitorului vor trebui să vadă mai bine de atât.

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

Folosind modulatorul împreună cu un detector de lumină ultra-sensibil,

the resolution can be refined to a millimeter.

rezoluția poate ajunge la un milimetru.

That’s more than a hundred times better

Asta e de o sută de ori mai bine

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

decât putem noi vedea de peste drum.

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

Prima generație de automobile LIDAR foloseau un sistem complex rotativ

that scan from rooftops or hoods.

ce stătea pe plafon sau pe capotă.

With integrated photonics,

Folosind fotonica integrată,

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

modulatoarele și detectoarele au fost micșorate

la mai puțin de o zecime de milimetru,

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

și introduse în cipuri mici ce vor fi puse în farurile mașinilor.

These chips will also include a clever variation on the modulator

Aceste cipuri vor avea o variantă mai bună a modulatorului

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

ce vor putea elimina componentele mecanice și vor scana mai rapid.

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

Încetinind doar puțin lumina într-un braț,

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

acest dispozitiv va acționa mai mult ca un graduator decât ca un întrerupător.

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

Dacă o rețea cu multe astfel de brațe, fiecare cu întârziere controlată,

is stacked in parallel, something novel can be designed:

sunt puse în paralel, poate rezulta ceva nou:

a steerable laser beam.

un impuls laser orientabil.

From their new vantage,

Din poziția lor superioară,

these smart eyes will probe and see more thoroughly

acești detectori inteligenți vor scana și vedea mai bine

than anything nature could’ve imagined—

decât orice altceva din natură

and help navigate any number of obstacles.

și ne vor ajuta să ocolim orice obstacole.

All without anyone breaking a sweat—

Asta fără niciun efort din partea nimănui,

except for maybe one disoriented moose.

poate cu excepția elanului dezorientat.