Мы живем в информационную эру, где интернет — базовое право человека. Достигнуть текущего уровня развития было непросто, но мы смогли, и сейчас технологии позволяют нам жить в том будущем, которое еще недавно раскрывалось лишь на страницах книг. Понятно, что технологии возникли не вдруг, некоторые из них уходят корнями в далекое прошлое.

Одна из этих технологий — оптическая связь. Ее использовали еще в античности. Ну а сейчас у нас есть подводные магистрали, спутниковые лазерные системы и многое другое. Давайте посмотрим, как оптическая связь менялась с течением времени.

В настоящее время на рынке AR очков сложно найти технологию (а возможно ее и вообще не существует), которая позволила бы сделать AR очки не только уделом гиков, но и внедрить технологию в повседневную жизнь людей. В этом посте мы хотим рассказать о том, как попробовали придумать и собрать AR очки на основе новой технологии. Ну а попутно расскажем, по каким граблям ходили и в какую сторону лучше двигаться не стоит.

В научно-фантастическом романе «Задача трех тел» писателя Лю Цысиня есть эпизод, когда главный герой начинает видеть перед глазами цифры с обратным отсчетом. Никто кроме него не видит этого. Никто не знает что с ним, а главное — никто не знает, что случится когда отсчет обнулится. Чуть не сойдя с ума от страха, главный герой все же разбирается, что это было психологическим давлением на него с использованием инопланетной технологии. Нет, это не спойлер, и если вы подыскивали себе для чтения интересную книгу в жанре научной фантастики, то рекомендую книгу «Задача трех тел».

Если бы в нашей современной реальности существовала подобная технология, то с большой вероятностью можно предположить, что она использовалась бы для рекламы, которая транслировалась круглые сутки прямо нам в голову. Такие приборы еще не изобрели, но мы движемся в направлении, когда рекламы становится все больше. И уже начиная с 2022 года, реклама будет транслироваться из космоса.

На Хабре недавно упомянули о том, что Илон Маск рассказал об оснащении спутников Starlink лазерной связью. Глава компании поведал об этом в своем Twitter. Окей, но для чего это все?

Дело в том, что в большинстве регионов Земли компания Маска устанавливает наземные базовые станции, которые взаимодействуют со спутниками и пользователями. Но на полюсах Земли, по понятным причинам, с установкой базовых станций может возникнуть проблема. Поэтому сейчас тестируется новый способ связи. Лазерами оснастили 10 спутников Starlink, которые недавно отправились на орбиту Земли с очередным пуском Falcon 9.

Лидары работают как глаза, которые могут видеть на 360 градусов, и многие автопроизводители используют их для построения трехмерных карт среды, окружающей автомобиль. На пути к массовому использования лидаров, впрочем, существует определенные проблемы и трудности.

Автомобильные приложения лидаров возникли после конкурса DARPA Grand Challenge, проведенного агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (это соревнование было направлено на развитие беспилотных транспортных средств). Лидары были представлены во втором конкурсе в 2005 году. Два года спустя пять из шести автомобилей-участников были оборудованы лидарами, установленными на крыше. С тех поры лидары стали очень быстро развиваться, и согласно прогнозам исследовательской компании Yole Development (Лион, Франция), именно автомобильный рынок будет способствовать их развитию.

«Рынок лидаров для ADAS будет расти на 114% за год – с 19 млн. долларов в 2019 до 1,7 млрд. долларов в 2025 году», утверждает Алексис Дебре, аналитик по рынку и технологиям из Yole. Ожидания очень высоки, но сейчас рынок лидаров сталкивается с рядом проблем, и на нем нужно предпринимать смелые действия.

Как Apple удалось создать доступные лидары без движущихся частей для iPhone

На презентации iPhone 12 во вторник Apple представила возможности нового лидара. По словам Apple, лидар позволит усовершенствовать камеру iPhone за счёт ускорения фокусировки, особенно в условиях низкой освещённости. Возможно, таким образом появится новое поколение сложных AR-приложений.

Во вторник на презентации было рассказано о том, как работает лидар в iPhone, хотя это не первое устройство с лидаром от Apple. Впервые компания представила устройство, использующее эту технологию, в марте – это был обновленный iPad. И хотя пока еще никто не успел разобрать iPhone 12, мы можем многое узнать из недавних разборок последнего iPad.

Принцип работы лидара заключается в том, что он посылает лазерный свет и измеряет, сколько времени ему потребуется на возврат. Поскольку свет движется с постоянной скоростью, время пути туда и обратно может быть преобразовано в точную оценку расстояния. Повторяйте этот процесс на двумерной сетке, и в результате получится трехмерное «облако точек», показывающее расположение объектов внутри комнаты, на улице или другом месте.

Июньский анализ, проведенный компанией «System Plus Consulting», показал, что лидар в iPad посылает свет, используя матрицу вертикально-излучающих лазеров (VCSEL), изготовленную компанией «Lumentum». Затем он фиксирует обратную вспышку, используя массив однофотонных лавинных диодов (SPAD), поставляемых компанией Sony. Я объясню что это такое в следующем разделе.

Продолжаем рассказывать, как был устроен наш лазерный квест с уничтожением сервера. Начало в предыдущей статье про разгадку квеста.

Всего у бекенда игры было 6 архитектурных единиц, которые мы и разберём в этой статье:

1. Бекенд игровых сущностей, которые отвечали за игровые механизмы
2. Шина обмена данных бекенда и площадки на VPS
3. Транслятор из запросов бекенда (игровых элементов) на ардуино и железо на площадке
4. Ардуино, которая занималась управлением релешками, получала команды с транслятора и делала фактическую работу
5. Фактические устройства: вентилятор, гирлянды, торшеры и прочее
6. Фронтенд — сам сайт Сокола, с которого игроки управляли устройствами

Давайте пройдёмся по каждой из них.

Пару дней назад мы завершили одно из самых эмоционально-заряженных событий, которое нам повезло проводить в рамках блога — хакерскую онлайн-игру с уничтожением сервера.

Результаты превзошли все наши ожидания: участники не просто приняли участие, а быстро организовались в слаженное коммьюнити из 620 человек в дискорде, которое буквально штурмом взяло квест за двое суток без перерыва на сон.

Мы измерили вибрации маленького маятника на уровне одного нанометра. А потом засунули его в холодильник и охладили его до -250°C. А потом использовали квантовые корреляции, чтобы уменьшить шумы в системе и получше наблюдать сигнал.



Квантовые технологии помогают нам в самых разных областях. Например, когда нам нужно измерить очень слабый сигнал, а квантовые шумы в системе очень мешают. Это традиционная проблема, например, в гравитационно-волновых детекторах, в которых квантовые флуктуации в амплитуде и фазе лазера, используемого для измерения положения зеркал, мешают наблюдению гравитационных волн. Я об этом рассказывал в своей статье про детектор Einstein Telescope, который появится в Европе в недалеком будущем.

У нас в эксперименте получился маленький прототип этого детектора. Наша статья об этом эксперименте была опубликована в Physical Review Letters,
а препринт тут: Squeezed-light interferometry on a cryogenically-cooled micro-mechanical membrane.

Продолжаем рассказывать о программах факультета, проектах студентов и выпускников, а также оборудовании лабораторий — рентгеновских лазерах и электронных микроскопах.

Распознавание трехмерных объектов в Apple iPad 11 Pro, оснащенном лидаром, стало более глубоким и детализированным. Для этого также используются ToF-камеры с разными технологиями измерения дальности положения точки.

Apple инициировала гонку использования лидаров в различных продуктах. Компания Apple встроила лидар в свой iPad Pro 11, и теперь кажется, что лидарами хотят пользоваться все.

Маневр Apple и реакция на него повлияли на всю электронную промышленность. Поставщики микросхем и датчиков пересматривают свои планы. Некоторые уже изменили свои бизнес-модели.

Но что такое лидар? Компания Apple выбрала этот термин для описания нового датчика, который измеряет глубину — другими словами, это датчик, который распознает объекты в трех измерениях.

Лидар в планшетах и смартфонах – это, по сути, «просто разновидность технологии для распознавания трехмерных объектов», — объяснил Пьер Камбу, главный аналитик отдела фотоники и дисплеев компании в Yole Développement.

Под катом — научно-популярная лекция о современном применении лазеров и принципах работы лазерных устройств, тех самых, которые помогают победить рак и идентифицировать коронавирус, определять строение тканей, передавать данные и строить города, сводить татуировки и делать мышей счастливыми.



Ну и, надеюсь, вы уже видели самую большую в мире лазерную установку длиной 130 метров, установленную в Сарове в ВНИИЭФ. Она предназначена в том числе для изучения термоядерного(!) синтеза.

Первая часть

Оглавление

1. Не конкурент магнитной ленте
2. Жизнь после DiscoVision
3. Заключение

Не конкурент магнитной ленте

LaserDisc не завоевал рынок даже на ранних этапах, потому что он никогда не участвовал в гонке с видеокассетами. Такой вывод можно сделать, если ознакомиться с культурой домашних развлечений конца семидесятых в США.

Если отбросить печатные издания и индустрию игровых приставок в её зародыше, то дома американцу оставалось либо слушать музыку, либо смотреть сериалы на телевизоре. За музыку на радио платить не приходилось — по крайней мере не деньгами. В ротации радиостанции держали набор песен, в котором одна и та же мелодия повторялась несколько раз за день. Если какая-то песня особенно нравилась, то музыкальные магазины продавали записи на магнитной ленте или виниловых пластинках. Телевизор даёт доступ к телепередачам и изредка транслируемым фильмам.

Может показаться, что здесь найдётся место устройству, которое умеет проигрывать фильмы. Реальность распорядилась иначе.

Сравним рекламу первых видеомагнитофонов в США и лазерных проигрывателей Magnavox.


Реклама проигрывателя Magnavox МР-8005 из журнала Home Video Entertainment от 1982 года. Реклама ложная, поскольку она продвигает интерактивные функции формата, а этот плеер доступ к главам или кадрам не поддерживает. На момент выхода рекламы 8005 уже не продавался, в продажу пошла модель 8010.

В нашей памяти история домашнего видео восьмидесятых и девяностых навечно осталась в размытом качестве картинки видеомагнитофонов. В двухтысячных на смену кассетам VHS пришли диски DVD, а в Blu-ray цвет лазера сменился на фиолетовый, сообщают воспоминания.

Реальность разнообразней: каждый успешный формат хранения данных — это несколько погибших конкурентов, которых рынок отверг из-за высокой цены или низкого качества. Не все из проигравших ушли в забвение сразу. Часть из них существовала параллельно, сохраняя крошечную долю рынка в тени формата-победителя.


Диск фильма «Бегущий по лезвию» в проигрывателе Pioneer LaserVision LD-V2000. Фото Electric Thrift.

Такая участь была заготовлена для LaserDisc. В конце семидесятых фильмы для домашнего просмотра впервые начали выходить на оптических накопителях. На каждой из сторон 30-сантиметрового CD-переростка умещалось по часу видео отличного качества 425 горизонтальных телевизионных линий. Это куда приятнее картинки VHS (240 линий). Поддержка цифрового кодирования и объёмного звука 5.1 появилась чуть позже. Релизы часто сопровождались альтернативными аудиодорожками с комментариями и визуальным бонусным материалом. Не нужно было ничего перематывать, работала навигация по главам как в DVD.

Как правило, рассказ о менее популярном технически более продвинутом формате заканчивается сожалением о его непозволительно высокой стоимости. Но на заре LaserDisc и лазерные проигрыватели, и диски стоили дешевле видеомагнитофонов и кассет. Тогда почему лазерный диск не вытеснил VHS?

Tesla давно мечтает сделать камеры, работающие не хуже лидара. Если ее мечта осуществится, это сильно поможет конкурентам.



Всем хорошо известно, что думает Илон Маск о применении лидара (технологии трехмерного изображения) в беспилотных автомобилях. Он не планирует использовать ее в Tesla и считает костылем. Это очень спорная точка зрения, только время покажет прав ли он.

Tesla продвигает технологию, называемую псевдо-лидаром или виртуальным лидаром. Эта технология заключается в построении инструментов для создания снимков с камеры (стерео или обычных). Нужно выяснить насколько далеко находится каждый пиксель на снимке. Лидар вычисляет расстояние до каждого пикселя. Он определяет сколько времени требуется световому импульсу, чтобы попасть в пиксель и вернуться обратно со скоростью света. Люди оценивают расстояние, используя мозг. Мы знаем насколько большие те или иные предметы и как они движутся. Это дает нам представление о том насколько далеко они находятся. Мы также используем стереозрение, потому что у нас два глаза. Однако стереозрение работает только на относительно близком расстоянии. Еще есть параллакс движения — вы наблюдаете за тем как движутся предметы на фоне и используете некоторые другие подсказки, чтобы определить расстояние до объекта.

Этому эссе ровно год. Давайте обсудим, что изменилось с тех пор и как поменялся расклад сил.


Tesla делает ставку на компьютерное зрение, а не на лидар (презентация Tesla).

В прошлом месяце на Tesla Autonomy Day Илон Маск объявил войну использованию лидаров в беспилотных автомобилях. В последнее время он часто резко высказывался по поводу лидара, но в тот день он заявил:

«Лидар это потеря времени. Все, кто полагаются на лидар, обречены. Дорогие датчики не нужны.»
— Илон Маск

Все крупные компании по разработке беспилотных автомобилей и большинство стартапов используют лидар вместе с камерами и радаром. Tesla остается в стороне и использует только камеры и радар. Выбор Tesla понятен — пока не существует лидара, который можно использовать в производстве беспилотных автомобилей. Tesla не смогла бы поставить на свои машины серьезный лидар, даже если бы захотела. В будущем она все равно не собирается его использовать. Я попытаюсь объяснить точки зрения тех, кто за и против лидара.

Подписывайтесь на каналы:
@AutomotiveRu — новости автоиндустрии, железо и психология вождения
@TeslaHackers — сообщество российских Tesla-хакеров, прокат и обучение дрифту на Tesla

[Источник]

Все мы в той или иной степени знакомы c AR технологиями. Новостные ленты пестрят рассказами о компаниях, выпустивших новенькие очки дополненной реальности. Футурологи предвещают колоссальные перемены в привычном для нас мире. Настолько часто вокруг появляются игры, приложения и прочие крутые штуки, связанные с AR, что невольно создается ощущение, будто вот-вот и совсем скоро можно будет купить новенькие очки и погрузится в мир AR.

Но где же очки с дополненной реальностью, которые мы все так ждем?
Какие, вообще, технологии AR сейчас используются?

В детстве я смотрел «Звездные войны» и хотел заполучить себе какой-нибудь фантастический девайс. Меч джедая возможен только в галактике Звездных войн с их специфической физикой. В нашей же вселенной, луч лазера не может лететь метр и потом резко обрываться. Делать светящуюся палку не интересно. А вот бластер… Сделать его стреляющим прерывистым лучем тоже не получится. Но сделать девайс, который «стреляет» красивым лучом в темноте вполне возможно.

В этой, юбилейной 10ой статье я опишу, что же является логическим следствием, продолжением моего самостоятельного лазеростроения. После построения источника питания, который подходит для накачки импульсных лазеров на парах металлов и приобретения опыта работы с готовыми активными элементами лазеров на парах меди и её соединений оставалось только изготовить активный элемент лазера (далее — АЭ) полностью самостоятельно, при этом с новой рабочей средой.