کات درەنگە، شەوە زەنگە، ئۆتۆمبێلێکی بێ شۆفێر بە شەقامێکی تەنگی شاردا دەڕوات. لە پڕێکدا، سێ خاڵی سوور کە بەربەستن لە یەک کاتدا دەردەکەون. دواتر چی ڕوودەدات؟ سەیارەکە پێش ئەوەی بەرەو ئەم بەربەستە مەترسیدارانە لێبخوڕێت، پێویستە لێیان بکۆڵێتەوە— زانیاری دەربارەیی قەبارە و شێوە و شوێنەکانیان کۆ بکاتەوە، بۆ ئەوەی ھەنگاو بە ھەنگاو ڕێگەی سەلامەت بدۆزێتەوە. بێ ئەوەی ھیچ کەسێک لێی بخوڕێت، سەیارەکە پێویستی بە دوو چاوی تیژ و ھەستەوەرە تا ئەم زانیارییانەی بۆ کۆبکاتەوە گرنگ نییە ژینگە، کەشوھەوا چۆنە یا چەندێک تاریکە— دەبێت ھەمووی لە نیو چرکەدا کۆ بکاتەوە. ئەمە ئەرکێکی قورسە، بەڵام لێرەدا دوو چارەسەر ھەیە: جۆرێکی تایبەتی لەیزەری ھەستدار پێی دەگوترێ "ڵایدار"، و جۆرێکی بچوک و تایبەتی تەکنەلۆجیایی پەیوەندی، کە ناهێڵێت ھێڵی ئینتەرنێت بپچڕێت، پێی دەگوترێت"ئینتگرەیتید فۆتۆنیکس". بۆ ئەوەی لە ڵایدار تێبگەیین، پێویستە بزانین تەکنەلۆجیای ڕادار چییە. لە زانستی فڕیندا، ھەستەوەرەکانی ڕادار شەپۆلی ڕادیۆیی و مایکرۆوەیڤی دەگرنە فڕۆکەکان بۆ زانینی شوێنەکانیان ئەویش بەوەی چەندێک خێرا تیشەکەکان دەگەڕێنەوە بۆیان. ھەرچەندە، ئەمە ڕێگەیەکی سنورداری بینینە، لەبەر ئەوەی ئەم تیشکە گەورانە ناتوانن زانیاری ورد ببینن. بەپێچەوانەوە، سیستەمی ڵایدار بۆ لێخوڕینی ئۆتۆمبێلی بێ شۆفێر، کە بەکاردێت بۆ ڕووناکی دۆزینەوە و مەودای بینین، تیشکێکی بچووکی ژێر سوور بەکاردەهێنێت. کە دەتوانێ وێنەی بچوکترین شت بگرێت وەک قۆپچەی کراسی ڕێبوارێک لەسەر شەقامەکە. بەڵام چۆن ئێمە شێوە و قووڵی ئەم شتانە دیاری دەکەین؟ ڵایدار زنجیرەیەک شەپۆلی کورتی لەیزەری دەنێڕێت بۆ بەدەستھێنانی ئەم زانیاریانە. لە کاتی ڕۆشتندا بزنە کێوییەک دێتە سەر ڕێگەکەت. کاتێک ئۆتۆمبێلەکە دەچێتە پێش، ڵایدارێک تیشک دەگرێتە بنی شاخەکانی، لە کاتێکدا تیشکی دووەم بەرەو لوتکەیی یەکێک لە شاخەکانی دەڕوات پێش گەڕانەوەی. پێوانەکردنی ئەوەی کە لێدانی دوەەم چەند چرکە زیاتری پێدەچێت بۆ گەڕانەوە زانیاریت دەداتێ دەربارەی شێوەی شاخەکانی. سیستەمی ڵایدار بەلێدانی تیشکی کورت، زۆر بەخێرایی زانیاری تەواو ورد دەگوازێتەوە. ئاسانترین ڕێ بۆ دروست کردنی لێدانی ڕوناکی، کوژاندنەوە و ھەڵکردنەوەی لەیزەرەکەیە بەڵام ئەمە لەیزەرەکە ناجێگیر دەکات کار دەکاتە سەر وردی کاتی لێدانەکانی، کە دەبێتە ھۆی سنوردارکردنی زانییارییە وردەکان. باشترە هەڵکراو بن، و شتێکی تر بەکاربھێنن کە بەڕێکخراوی و خێرایی ڕێگە لە دەرچوونی ڕووناکی بگرێت. لێرەد ڕۆڵی ئینتیگرەیتید فۆتۆنیکس دەردەکەوێت. کە زانیاریەکانی دیجیتاڵ ئینتەرنێت لە کاتی خۆییدا و بە وردی یەکەکانی ڕوناکی دەگوازێتەوە، ھەنێکیان ھێندە کورتن ھێندەی سەد پیکۆ چرکە. ڕێگەیەک بۆ درووست کردنی ئەم لێدانانە ئامێری ماک زێندەرە. ئەم ئامێرە سود وەردەگرێت لە یەکێک لە خاسیەتەکانی شەپۆل. پێی دەوترێ تێەکەڵبوون. بیھێنە پێش چاوت، ھەندێک زیخ دەخەیتە دەریاچەیەکەوە: شەپۆلەکانی ئاو جیا دەبنەوە و پێکدادەچن و شێوە وەردەگرن. لە شوێنێکدا لوتکەی شەپۆلەکان یەک دەگرن بۆ ئەوەی گەورەتر ببن. لە شوێنێکی تر بە تەواوی لێک جیادەبنەوە. ئامێری شەپۆلگۆڕی ماک زێندەریـش شتێکی لەو شێوەیە دەکات، شەپۆلەکانی ڕووناکی لە دوو باڵی تەریب لێک جیادەکاتەوە و لە کۆتایدا بەیەکیانەوە دەبەستێتەوە. ئەگەر ڕووناکییەکە لە باڵێکەوە خاوبێتەوە و درەنگ بکەوێت، شەپۆلەکان تێکەڵ دەبنەوە و لە کاردەکەون و بەر لە ڕووناکیەکە دەگرن. بەھۆێ ئەم دواکەوتنەوە لە باڵێكەوە، ئامێرەکە لە خۆوە ھەڵدەبێت و دەکوژێتەوە و لێدانەکانی ڕووناکی دەنێرێت. یەک لێدان بۆ سەد پیکۆچرکە دەمێنێتەوە دەتوانێت زانیاری وردی چەند سانتیمەترێک وەبگرێت، بەڵام لە داھاتوو سەیارەکان پێویستە باشتر ببن. بە جووتکردنی ئامێرەکە لەگەڵ پشکنەرێکی ڕووناکی زۆر ھەستیار و خێراکرداردا، توانای بینین باشتر دەکات بۆ بینینی زانیاری شتێک کە میلیـمەترێک بێت، کە ئەمە سەد جار باشرە لە چاوی ئێمە کە ٦ لەسەر ٦ و دەمانەوێت سەیری شتێک لەوبەری شەقامەکە بکەین. نەوەی یەکەمی ئۆتۆمبێلی ڵایدار بە پارچەیەکی خولاوەی ئاڵۆز پشتی بەستبوو کە لەسەر ئۆتۆمبێل یان بۆنیت دەبەسترێت. لەگەڵ ئینتیگرەیتید فۆتۆنیکس، ئامێری شەپۆلگۆڕەکە و پشکنەرەکە بچووک دەبنەوە بۆ ١٠جار کەمتر لە میلیـمەترێک. و دەبنە پارچەی بچوک کە ڕۆژێک گونجاودەبن بۆ دانانیان لەنێو لایتی سەیارە. و ئەم پارچە بچووکانە گۆڕانی پێشکەوتووی تێدا دەبێت لەناو ئامێری شەپۆلگۆڕەکە، کە یارمەتی ڕزگاربوون لە بەشە جوڵاوەکەی دەدات و لە خێراییەکی زۆردا پشکنین دەکات. بە کەمێک کەمکردنەوەی خێرایی ڕووناکی لە لایەکی ئامێری شەپۆلگۆڕەکە، پارچە پچووکە زیادکراوەکە زیاتر وەک کزکەرێک دەبێت نەک سویچی کوژاندنەوە و ھەڵکردن. ئەگەر ڕێکخستنی یەکێک لەم باڵانە کەمێک درەنگ بکەوێت، شتێکی نوێ درووست دەبێت: تیشکی لەیزەری کۆنترۆڵ کراو، لەم پێشکەوتنە تازەیەدا، ئەم چاوە زیرەکانە قووڵ دەبنەوە و ھەموو شتێک دەبینن ھەرشتێک کە لە سروشتدا ھەبێت و دەتوانێ خۆی لە ھەموو بەربەستێک لابدات. هەموو ئەمانە دەکرێت ڕوو بدەن بێ هیچ ئیستۆپێک بەڵام ئەگەر بزنە کێوییەکی سەرلێشێواو نەیەتە سەر ڕێگەکە.
It’s late, pitch dark, and a self-driving car winds down a narrow country road. Suddenly, three hazards appear at the same time. What happens next? Before it can navigate this onslaught of obstacles, the car has to detect them— gleaning enough information about their size, shape, and position, so that its control algorithms can plot the safest course. With no human at the wheel, the car needs smart eyes, sensors that’ll resolve these details— no matter the environment, weather, or how dark it is— all in a split-second. That’s a tall order, but there’s a solution that partners two things: a special kind of laser-based probe called LIDAR, and a miniature version of the communications technology that keeps the internet humming, called integrated photonics. To understand LIDAR, it helps to start with a related technology— radar. In aviation, radar antennas launch pulses of radio or microwaves at planes to learn their locations by timing how long the beams take to bounce back. That’s a limited way of seeing, though, because the large beam-size can’t visualize fine details. In contrast, a self-driving car’s LIDAR system, which stands for Light Detection and Ranging, uses a narrow invisible infrared laser. It can image features as small as the button on a pedestrian’s shirt across the street. But how do we determine the shape, or depth, of these features? LIDAR fires a train of super-short laser pulses to give depth resolution. Take the moose on the country road. As the car drives by, one LIDAR pulse scatters off the base of its antlers, while the next may travel to the tip of one antler before bouncing back. Measuring how much longer the second pulse takes to return provides data about the antler’s shape. With a lot of short pulses, a LIDAR system quickly renders a detailed profile. The most obvious way to create a pulse of light is to switch a laser on and off. But this makes a laser unstable and affects the precise timing of its pulses, which limits depth resolution. Better to leave it on, and use something else to periodically block the light reliably and rapidly. That’s where integrated photonics come in. The digital data of the internet is carried by precision-timed pulses of light, some as short as a hundred picoseconds. One way to create these pulses is with a Mach-Zehnder modulator. This device takes advantage of a particular wave property, called interference. Imagine dropping pebbles into a pond: as the ripples spread and overlap, a pattern forms. In some places, wave peaks add up to become very large; in other places, they completely cancel out. The Mach-Zehnder modulator does something similar. It splits waves of light along two parallel arms and eventually rejoins them. If the light is slowed down and delayed in one arm, the waves recombine out of sync and cancel, blocking the light. By toggling this delay in one arm, the modulator acts like an on/off switch, emitting pulses of light. A light pulse lasting a hundred picoseconds leads to a depth resolution of a few centimeters, but tomorrow’s cars will need to see better than that. By pairing the modulator with a super- sensitive, fast-acting light detector, the resolution can be refined to a millimeter. That’s more than a hundred times better than what we can make out with 20/20 vision, from across a street. The first generation of automobile LIDAR has relied on complex spinning assemblies that scan from rooftops or hoods. With integrated photonics, modulators and detectors are being shrunk to less than a tenth of a millimeter, and packed into tiny chips that’ll one day fit inside a car’s lights. These chips will also include a clever variation on the modulator to help do away with moving parts and scan at rapid speeds. By slowing the light in a modulator arm only a tiny bit, this additional device will act more like a dimmer than an on/off switch. If an array of many such arms, each with a tiny controlled delay, is stacked in parallel, something novel can be designed: a steerable laser beam. From their new vantage, these smart eyes will probe and see more thoroughly than anything nature could’ve imagined— and help navigate any number of obstacles. All without anyone breaking a sweat— except for maybe one disoriented moose.