لیزر کوچیکی که می‌تونه رانندگی ماشینی رو بدون راننده متحول کنه!

بذار یه خبر خفن بهت بدم: یه تیم دانشمند باحال از دانشگاه روچستر و دانشگاه کالیفرنیا سانتا باربارا لیزری ساختن که اندازه‌ش تقریباً به کوچیکی سکه یه پِنیه! یعنی یه چیزی شبیه پیمانه کوچیکی که اصلاً جا نمی‌گیره و کیف می‌کنه آدم! اما نکته اصلی اینه که همین لیزر فسقلی می‌تونه کاری کنه که ماشین‌های خودران (یعنی ماشین‌هایی که خودشون خودشونو می‌برن بدون راننده) کلی بهتر دنیا رو ببینن و تشخیص بدن.

اصلاً داستانش چیه؟ دانشمندها این لیزرو ساختن تا تکنیکی رو قوی‌تر کنن به اسم «سن‌سنجی نوری» یا Optical Metrology (یه روش علمی که با کمک نور، فاصله، اندازه، یا حتی سرعت چیزها رو خیلی دقیق اندازه می‌گیرن). یکی از کاربردهای اصلی این لیزر، دستگاه‌های لیدار هست. لیدار (LiDAR یعنی Light Detection And Ranging) سیستمیه که با لیزرهایی که اصلاً با چشم نمی‌تونیم ببینیمشون، نور رو به این‌ور و اون‌ور می‌فرسته و با انعکاسش از همه چیزای اطراف مثل ماشین، آدم‌ها یا موانع، اطلاعات خفن می‌گیره؛ مثلاً اینکه فلان ماشین چقدر نزدیکه، کی حرکت می‌کنه یا سرعتش چنده.

حالا مشکل لیدارهای قبلی چی بودن؟ خیلی پیچیده هستن و معمولاً با زیاد شدن اطلاعات، گاهی گیج می‌شن و اشتباه می‌کنن! اما این لیزر جدید به قول محقق اصلی، «شیسین ژو»، می‌تونه با سرعت و دقت خیلی بیشتر و حتی فوق‌العاده داده‌های زیادی رو درباره محیط جمع کنه. مثلاً لیدارهای پیشرفته که بهش می‌گن Frequency-modulated continuous-wave LiDAR (خلاصه‌ش FMCW LiDAR)، نیاز به لیزری دارن که بتونه خیلی سریع و با دامنه بالا فرکانسش رو تغییر بده. دقیقاً این همون کاریه که این لیزر جمع و جور و جدید انجامش می‌ده!

یه چیز جالب بگم: این تیم لیزرشون رو روی یک تست باحال امتحان کردن. حروف «U» و «R» رو با لگو ساختن و گذاشتنشون روی یه دیسک که با سرعت می‌چرخید. لیزر تونست این حروف رو تشخیص بده؛ این یعنی خیلی خوب می‌تونه اشیاء سریع و جزئیات ریزشون رو دنبال کنه. خب این واسه ماشین خودران خیلی مهمه و کاربردش فقط محدود به ماشینای بدون راننده نیست؛ توی خیلی حوزه‌های دیگه هم کاربرد داره.

یکی دیگه از چیزای باحال درباره این لیزر اینه که تیم تحقیقاتی موفق شده کل تجهیزات مورد نیاز برای یه فرآیند خیلی مهم رو، که معمولاً هرکدومشون اندازه یه کامپیوتر دسکتاپ جا می‌گیرن، روی یه چیپ کوچیک جا بده! این فرآیندو بهش می‌گن Pound-Drever-Hall (یا به اختصار PDH) که باعث میشه نویز لیزر کم شه، یعنی مثلاً لیزر خیلی ثبات داشته باشه و دقیق کار کنه. نویز یعنی صدا یا اختلالات اضافی که معمولاً نمی‌ذاره اطلاعات درست به دست بیاد.

شیسین ژو می‌گه: «این کار خیلی مهمه و حتی برای ساعت‌های نوری به کار می‌ره، همون‌هایی که زمان رو با دقت عجیب غریبی اندازه می‌گیرن. ولی قبلاً کلی دستگاه سنگین لازم بوده. الان همه رو کردیم توی یه چیپ کوچولو که با برق معمولی هم کنترل میشه».

حالا کاربردهای دیگه؟ این لیزر کوچیک می‌تونه کاری کنه که مثلا سنسورهای بزرگ و سنگینِ ماشین‌های Waymo (که الان فیل و فنج دارن بالای سقف ماشین، کلی هوا رو می‌گیرن و ظاهر ماشین رو هم خراب می‌کنن) جمع‌وجور بشن و دیگه نه ظاهر رو خراب کنن، نه هوا رو اذیت کنن. بعدش فکر کن توی هواپیماهای خودران (اونایی که خودشون پرواز می‌کنن و کمترین مقاومت هوا رو می‌خوان) یا سیستم‌های کوانتومی (سیستم‌هایی که با استفاده از اصول فیزیک کوانتوم، داده‌ها رو خیلی سریع و امن پردازش می‌کنن) و حتی تشخیص امواج گرانشی (امواجی که از اتفاقات فضایی خیلی بزرگ تولید می‌شن و برای بررسی جهان خیلی مهمن) هم بشه ازش استفاده کرد!

یه ویژگی عجیب‌ترش هم اینه: این لیزر می‌تونه در هر ثانیه ۲۰ «کوینتیلیون» پالس نور تولید کنه! کوینتیلیون یعنی یک میلیارد میلیارد؛ اصلاً عدد نجومی! توی تست‌ها نشون دادن حتی اشیایی که با سرعت ۴۰ متر در ثانیه (که می‌شه ۱۳۱ فوت در ثانیه و خیلی هم سریعه!) از فاصله ۴۰ سانتی‌متری لیزر عبور می‌کنن هم به راحتی شناسایی می‌شن. تازه برقشم تا ۶۰ دقیقه یه ضرب کار می‌کرده و خاموش نمی‌شده.

یه نکته دیگه اینکه بخشی از حمایت مالی این تحقیق رو «دارپا» داده؛ دارپا یه جورایی هسته تحقیقاتی ارتش آمریکاست که کارش پیشرفت تکنولوژی‌هایی مثل فتونیکه (Photonics یعنی علم مطالعه نور و استفاده از نور در تکنولوژی‌های مختلف). هدف پروژه لیموس (LUMOS) توی دارپا هم اینه که سیستم‌های اپتیکی بزرگ رو خیلی کوچیک‌تر و قدرتمندتر کنن.

در کل، حالا حالاها باید منتظر باشیم این کوچولوی عجیب توی زندگی روزمره بیشتر ببینیم. چون هم دقتش بالاست، هم سریع و هم خیلی جمع و جور و کارآمده! شاید ده سال دیگه اصلاً همه وسیله‌هامون به همچین لیزرهایی مجهز بشن و دنیامون مث فیلما هوشمند بشه! خلاصه، همه چیز داره کوچیک‌تر، سریع‌تر و هوشمندتر میشه و این لیزر جدید یه قدم گنده تو این مسیر حساب میشه.

اگه دوس داشتی درباره لیزرها و کاربردهاشون بیشتر بدونی، مثلاً اینکه اصلاً لیزر چجوری کار می‌کنه یا اینکه قوی‌ترین لیزرهای جهان چیا رو می‌تونن کشف کنن، کافیِ یه سرچ بزنی و بری تو دنیای جذاب تکنولوژی نور!

منبع: +