Уже поздно, темно, и беспилотный автомобиль двигается по узкой загородной дороге. Внезапно три угрозы появляются одновременно.
Что произойдёт дальше?
Перед тем, как она объедет эту кучу препятствий, машине нужно их определить.
Тщательно проанализировать всю информацию о их размере, форме и положении на дороге, чтобы алгоритм управления мог проложить самый безопасный курс.
Без человека за рулём машине нужны умные глаза. Сенсоры, которые смогут определить эти детали независимо от того, где это происходит, в какую погоду и насколько сейчас темно. И всё это за доли секунды.
Достаточно большой список, но есть решение, в котором задействованы две вещи: специальный лазерный сенсор, который называют ЛИДАР и миниатюрная версия коммуникационной технологии, используемой в интернете, которая называется фотонная интегральная схема.
Чтобы понять, что такое ЛИДАР нам стоит начать с похожей технологии -
радара.
В авиации антенна радара посылает радио или микроволновые импульсы в самолёты, чтобы узнать их положение с помощью времени, которое потребуется лучу, чтобы отразиться и вернуться к радару.
Но это ограниченный метод «зрения», потому что большой размер луча не может визуализировать точные детали. В сравнении с ЛИДАРОМ на беспилотной машине, который используется для обнаружения света и измеряет расстояние. Он использует узкий, невидимый инфракрасный лазер и может «увидеть» такие мелкие детали, как пуговица на рубашке пешехода на другой стороне улицы.
Но как мы определяем форму или глубину этих деталей?
ЛИДАР выстреливает большое количество сверхкоротких импульсов, чтобы получить высокое разрешение.
Возьмём лося на загородной дороге.
Пока машина подъезжает один импульс ЛИДАРА разбивается об основание его рогов, а другой может пройти к кончику одного рога перед тем, как отразится обратно. Измеряя, какое время потратил второй импульс для возврата, автомобиль получает информацию о форме рогов. С помощью большого количества коротких импульсов система ЛИДАРА быстро «рисует» детализированный профиль. Самый очевидный способ сделать короткий импульс света - это выключить и снова включить лазер.
Но это делает лазер нестабильным и влияет на точность импульсов, что ограничивает глубину разрешения. Лучше оставить его включенным и использовать что-нибудь, чтобы периодически блокировать свет надёжно и быстро.
И здесь вступает фотонная интегральная схема.
Цифровые данные в интернете передаются очень точными по времени импульсами света. Некоторые настолько короткие, что могут достигать 100 Пикосекунд. Один из способов создать такие импульсы - это Модулятор Маха Цендера. Это устройство использует конкретное свойство волн – интерференцию.
Представьте, что вы бросаете шарики в пруд: круги на воде расходятся и перекрывают друг друга и складывается рисунок. В некоторых местах волны сходятся и становятся очень большими. В других местах они полностью сходят на нет.
Модулятор Маха Цендера делает что-то похожее. Он разделяет волны света вдоль двух параллельных ветвей, а затем соединяет их. Если свет замедляется или задерживается на одной из ветвей, волны соединяются несинхронизированными и сбрасываются, блокируя свет. Включая эту задержку в одной ветви, модулятор действует как переключатель вкл/выкл испуская импульсы света. Импульс длинной в 100 пикосекунд даёт глубину разрешения в несколько сантиметров, но автомобилям будущего нужно «видеть» намного лучше. Используя модулятор в паре со сверхчувствительным скоростным световым детектором, разрешение можно улучшить до 1 миллиметра. Это более чем в 100 раз лучше, чем мы можем разглядеть со 100% зрением через дорогу.
Первое поколение автомобильных ЛИДАРОВ основывалось на крутящихся системах, которые устанавливали на крыши или капоты. С фотонной интегральной схемой модуляторы и детекторы уменьшатся до размера менее одной десятой миллиметра и будут умещаться в крошечных чипах, которые будут устанавливать в фары автомобилей.
Эти чипы будут включать в себя умную вариацию, что поможет избавиться от движущихся частей и сканировать на огромных скоростях.
Замедляя свет в ветви модулятора совсем немного, он будет работать больше как диммер, чем как переключатель. С массивом таких ветвей на каждой из которых будет установлена такая маленькая задержка в параллельной сцепке может быть создано кое-что новое.
Поворотный лазерный луч.
С помощью нового преимущества такие умные «глаза» станут намного детальней, сканировать и видеть гораздо лучше, чем любое природное зрение. Это поможет им находить путь сквозь любое количество препятствий. И никто даже не вспотеет, ну разве только один дезориентированный лось.
