Samochody bez kierowcy są dalej niż myślisz

Srebrne BMW serii 5 toczy się z prędkością około 120 kilometrów na godzinę (75 mil na godzinę) na autostradzie, która przecina północno-wschodnią Bawarię między Monachium a Ingolstadt. Siedzę na miejscu kierowcy, obserwuję przejeżdżające samochody i ciężarówki, ale przez co najmniej 10 minut nie dotknęłam kierownicy, hamulca ani pedału gazu. BMW zbliża się do wolno jadącej ciężarówki. Aby utrzymać naszą prędkość, samochód włącza kierunkowskaz i zaczyna skręcać w lewo, w kierunku mijanego pasa. Tak jak to się dzieje, inny samochód skręca na pas przejeżdżający kilka samochodów z tyłu. BMW szybko wyłącza sygnał i zjeżdża z powrotem na środek pasa, czekając, aż pędzący samochód przejedzie, zanim spróbuje ponownie.

Oddanie swojego życia w ręce szofera-robota daje denerwujący wgląd w to, jak jazda ma zostać odwrócona. Samochód, który przez ostatnie 130 lat podążał ścieżką stałej, ale powolnej ewolucji technologicznej, w ciągu najbliższych kilku lat ulegnie radykalnym zmianom, które mogą mieć radykalne skutki gospodarcze, środowiskowe i społeczne.

Ta historia była częścią naszego wydania z listopada 2013 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Pierwsze autonomiczne systemy, które potrafią sterować kierowaniem, hamowaniem i przyspieszaniem, zaczynają się już pojawiać w samochodach; systemy te wymagają, aby kierowcy mieli oko na drogę i trzymali ręce na kierownicy. Ale następna generacja, taka jak autonomiczny prototyp BMW, może być dostępna za mniej niż dekadę, a kierowcy będą mogli pracować, pisać lub po prostu odpoczywać. Ford, GM, Toyota, Nissan, Volvo i Audi zaprezentowały samochody, które same mogą jeździć, i wszyscy zadeklarowali, że w ciągu dekady planują sprzedać jakąś formę zaawansowanej automatyzacji – samochody zdolne do przejęcia jazdy po autostradach lub zaparkować się w garażu. W międzyczasie Google inwestuje miliony w oprogramowanie do autonomicznej jazdy, a jego bezzałogowe samochody stały się znajomym widokiem na autostradach wokół Doliny Krzemowej w ciągu ostatnich kilku lat.

Urok automatyzacji dla firm samochodowych jest ogromny. Na zaciekle konkurencyjnym rynku, na którym producenci luksusowych samochodów ścigają się, by dogodzić klientom najnowszą technologię, komercyjnym samobójstwem byłoby nie inwestowanie dużych środków w zautomatyzowaną przyszłość. To najbardziej imponujące doświadczenie, jakie możemy zaoferować, powiedział mi Werner Huber, człowiek odpowiedzialny za projekt autonomicznej jazdy BMW w siedzibie firmy w Monachium. Powiedział, że firma zamierza być jedną z pierwszych na świecie, która wprowadzi autonomię autostrad.

Wydaje się, że dzięki autonomicznej jeździe na drodze przed nami będzie mniej wypadków drogowych, zatorów i zanieczyszczeń. Dane opublikowane w zeszłym roku przez Insurance Institute for Highway Safety, amerykańską organizację non-profit finansowaną przez przemysł motoryzacyjny, sugerują, że częściowo autonomiczne funkcje już pomagają zmniejszyć liczbę wypadków. Jego dane zebrane od amerykańskich ubezpieczycieli samochodowych pokazują, że samochody z systemami ostrzegania przed kolizją, które albo ostrzegają kierowcę o zbliżającej się kolizji, albo automatycznie uruchamiają hamulce, uczestniczą w znacznie mniejszej liczbie wypadków niż samochody bez nich.

Bardziej wszechstronna autonomia mogłaby jeszcze bardziej ograniczyć liczbę wypadków drogowych. National Highway Traffic Safety Administration szacuje, że ponad 90 procent wypadków drogowych wiąże się z błędami ludzkimi, co skłoniło niektórych ekspertów do przewidywania, że ​​autonomiczna jazda zmniejszy liczbę wypadków na drogach o podobny procent. Zakładając, że technologia stanie się wszechobecna i wywoła taki efekt, korzyści dla społeczeństwa będą ogromne. Według American Automobile Association prawie 33 000 ludzi ginie każdego roku na drogach w Stanach Zjednoczonych, co kosztuje 300 miliardów dolarów. Światowa Organizacja Zdrowia szacuje, że co roku na drogach ginie ponad 1,2 miliona ludzi.

Tymczasem demonstracje przeprowadzone na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside w 1997 r. oraz eksperymenty z udziałem zmodyfikowanych pojazdów drogowych przeprowadzone przez Volvo i inne firmy w 2011 r. sugerują, że poruszanie się pojazdami w szybkich zautomatyzowanych plutonach, a tym samym zmniejszenie oporu aerodynamicznego, może obniżyć zużycie paliwa o 20 procent. A badanie inżynierskie opublikowane w zeszłym roku wykazało, że automatyzacja może teoretycznie pozwolić na poruszanie się po danym odcinku autostrady prawie czterokrotnie większej liczbie samochodów. To może zaoszczędzić część z 5,5 miliarda godzin i 2,9 miliarda galonów paliwa, które według Texas Transportation Institute są marnowane każdego roku przez korki.

Jeśli wszystko inne zawiedzie, na desce rozdzielczej znajduje się duży czerwony przycisk, który odcina zasilanie wszystkich komputerów samochodu. Kilka razy ćwiczyłem uderzanie.

Ale takie prognozy zwykle pomijają, jak trudne będzie stworzenie samochodu bez kierowcy. Jeśli jazda autonomiczna ma radykalnie zmienić transport, musi być zarówno rozpowszechniona, jak i bezbłędna. Przekształcenie tak złożonej technologii w produkt komercyjny raczej nie będzie proste. Może minąć dziesięciolecia, zanim technologia zacznie się obniżać, a nawet dłużej, zanim będzie działać na tyle bezpiecznie, że ufamy, że w pełni zautomatyzowane pojazdy będą nas prowadzić.

niemiecka inżynieria
Nic dziwnego, że większość szumu wokół autonomicznej jazdy skupia się na projekcie Google dotyczącym samodzielnej jazdy. Samochody są imponujące, a firma bez wątpienia zasugerowała wielu wyobrażeniom o możliwości korzystania z pojazdów bez kierowcy. Jednak pomimo całej swojej wiedzy w zakresie opracowywania technologii wyszukiwania i oprogramowania, Google nie ma żadnego doświadczenia w budowaniu samochodów. Aby zrozumieć, w jaki sposób bardziej prawdopodobne jest pojawienie się jazdy autonomicznej, bardziej pouczające jest przyjrzenie się, nad czym pracują niektórzy z najbardziej zaawansowanych producentów samochodów na świecie. Niewiele miejsc na świecie może konkurować z motoryzacyjną ekspertyzą w Niemczech, gdzie BMW, Audi, Mercedes-Benz i Volkswagen są zajęci próbą zmiany autonomicznej jazdy z wysiłku badawczego w realną opcję w swoich najnowszych modelach.

Wkrótce po przybyciu do Monachium znalazłem się na torze testowym na północ od miasta, gdzie otrzymałem instrukcje bezpieczeństwa od Michaela Aeberharda, inżyniera badawczego BMW. Kiedy jechałem prototypowym BMW serii 5 po pustym odcinku toru, Aeberhard kazał mi zdjąć ręce z kierownicy, a następnie wydał polecenia, które sprawiły, że samochód wpadł w szał i gwałtownie zjechał z kursu. Za każdym razem musiałem chwycić kierownicę tak szybko, jak mogłem, aby zmienić zachowanie. System został zaprojektowany tak, aby zdać się na kierowcę, oddając kontrolę za każdym razem, gdy porusza on kierownicą lub naciska pedał. A jeśli wszystko inne zawiedzie, na desce rozdzielczej znajduje się duży czerwony przycisk, który odcina zasilanie wszystkich komputerów samochodu. Kilka razy ćwiczyłem uderzanie w niego i odkryłem, jak trudno jest kontrolować samochód nawet bez wspomagania kierownicy. Ideą ćwiczenia było przygotowanie mnie na potencjalne usterki podczas jazdy próbnej. To wciąż prototyp, Aeberhard przypomniał mi kilka razy.

Po tym, jak podpisałem oświadczenie, pojechaliśmy na autostradę pod Monachium. Ekran przymocowany do deski rozdzielczej po stronie pasażera pokazywał świat tak, jak postrzega go samochód: trzy pasy, na których maleńka animowana wersja samochodu jest otoczona wiązką pływających niebieskich klocków, z których każdy odpowiada pobliskiemu pojazdowi lub przeszkoda jak jedna z barier po obu stronach drogi. Aeberhard kazał mi aktywować system przy dużym natężeniu ruchu, gdy jechaliśmy z prędkością około 100 kilometrów na godzinę. Kiedy po raz pierwszy nacisnąłem przełącznik, miałem wątpliwości, czy nawet zdjąć ręce z kierownicy, ale po tym, jak obserwowałem, jak samochód wykonuje wiele manewrów mijania, odprężyłem się – ku mojemu zdumieniu – aż do chwili, gdy musiałem sobie przypomnieć, żeby zwracać uwagę na Droga.

Samochód wyglądał normalnie z zewnątrz. W eleganckim luksusowym sedanie nie ma miejsca na ogromne obrotowe skanery laserowe widoczne na prototypach testowanych przez Google. Tak więc BMW i inni producenci samochodów musieli znaleźć sposoby na umieszczenie mniejszych, bardziej ograniczonych czujników w karoserii samochodu bez uszczerbku dla wagi lub stylistyki.

Ukryte w przednim i tylnym zderzaku BMW, dwa skanery laserowe i trzy czujniki radarowe przeczesują drogę przed i za nią w promieniu około 200 metrów. W górnej części przedniej i tylnej szyby osadzone są kamery, które śledzą oznaczenia na drodze i wykrywają znaki drogowe. Przy każdym lusterku bocznym znajdują się szerokokątne skanery laserowe, każdy z polem widzenia prawie 180 stopni, które obserwują drogę w lewo i w prawo. Cztery czujniki ultradźwiękowe nad kołami monitorują obszar w pobliżu samochodu. Wreszcie, różnicowy odbiornik Globalnego Systemu Pozycjonowania, który łączy sygnały ze stacji naziemnych z sygnałami z satelitów, wie, gdzie znajduje się samochód, z dokładnością do kilku centymetrów od najbliższego oznaczenia pasa ruchu.

Kilka komputerów w bagażniku samochodu wykonuje pomiary i obliczenia w ułamku sekundy, przetwarzając dane napływające z czujników. Oprogramowanie przypisuje wartość do każdego pasa drogi w oparciu o prędkość samochodu i zachowanie pobliskich pojazdów. Wykorzystując technikę probabilistyczną, która pomaga wyeliminować niedokładności w odczytach czujników, oprogramowanie to decyduje, czy zmienić pas ruchu, spróbować wyprzedzić samochód z przodu, czy zejść z drogi nadjeżdżającemu z tyłu pojazdowi. Polecenia są przekazywane do oddzielnego komputera sterującego przyspieszaniem, hamowaniem i kierowaniem. Jeszcze inny system komputerowy monitoruje zachowanie wszystkich elementów związanych z jazdą autonomiczną pod kątem oznak awarii.

Chociaż autonomiczna jazda autostradą BMW jest imponująca, to wciąż jest wiele lat od rynku. Aby zobaczyć najbardziej zaawansowaną obecnie dostępną autonomię, dzień później pojechałem pociągiem z Monachium do Stuttgartu, aby odwiedzić innego niemieckiego giganta motoryzacyjnego, Daimlera, który jest właścicielem Mercedes-Benz. W ośrodku badawczo-rozwojowym firmy na południowy wschód od miasta, gdzie nowe eksperymentalne modele jeżdżą po okolicy pokryte czarnym materiałem, aby ukryć nowe projekty i funkcje przed fotografami, mogłem jeździć prawdopodobnie najbardziej autonomicznym samochodem drogowym na rynku: Mercedesem z 2014 roku Klasa S.

Wesoły inżynier bezpieczeństwa oprowadził mnie po torze testowym, pokazując, jak samochód może zablokować pojazd z przodu i podążać za nim wzdłuż drogi z bezpiecznej odległości. Aby podążać w stałej odległości, komputery samochodu przejmują nie tylko hamowanie i przyspieszanie, jak w konwencjonalnym adaptacyjnym tempomacie, ale także kierowanie.

Korzystając z kamery stereo, radaru i kamery na podczerwień, Klasa S może również wykrywać obiekty na drodze przed samochodem i przejąć kontrolę nad hamulcami, aby zapobiec wypadkowi. Inżynier chętnie to zademonstrował, przyspieszając w kierunku manekina umieszczonego na środku toru. Przy około 80 kilometrach na godzinę zdjął ręce z kierownicy i zdjął nogę z pedału przyspieszenia. Właśnie wtedy, gdy uderzenie wydawało się prawie nieuniknione, samochód wykonał niemal idealne zatrzymanie awaryjne, popychając nas do przodu na siedzeniach, ale zatrzymując się około stopy przed manekinem, który miał odpowiednio przerażony wyraz.

Niepewna droga
Przy takiej technologii już w drodze i prototypach takich jak BMW w pracach, kuszące jest wyobrażenie sobie, że całkowita automatyzacja nie może być daleko. W rzeczywistości przeskok z autonomii Mercedes-Benz Klasy S do rodzaju prototypu BMW zajmie trochę czasu, a marzenie o całkowitej automatyzacji może okazać się zaskakująco nieuchwytne.

Po pierwsze, wiele czujników i komputerów znajdujących się w samochodzie BMW i innych prototypach jest zbyt drogich, aby można je było szeroko stosować. A osiągnięcie jeszcze pełniejszej automatyzacji będzie prawdopodobnie oznaczało zastosowanie bardziej zaawansowanych, droższych czujników i komputerów. Wirujący instrument laserowy, czyli LIDAR, widziany na przykład na dachach samochodów Google, zapewnia najlepszy trójwymiarowy obraz otaczającego świata, z dokładnością do dwóch centymetrów, ale kosztuje około 80 000 USD. Takie instrumenty będą również musiały zostać zminiaturyzowane i przeprojektowane, co zwiększy koszty, ponieważ niewielu projektantów samochodów wbiłoby istniejące w elegancki nowy model.

Koszt będzie jednak tylko jednym z czynników. Podczas gdy kilka stanów USA uchwaliło przepisy zezwalające na testowanie autonomicznych samochodów na swoich drogach, National Highway Traffic Safety Administration nie opracowała jeszcze przepisów dotyczących testowania i certyfikacji bezpieczeństwa i niezawodności funkcji autonomicznych. Dwa główne traktaty międzynarodowe, Konwencja wiedeńska o ruchu drogowym i Konwencja genewska o ruchu drogowym, mogą wymagać zmiany, aby samochody mogły być używane w Europie i Stanach Zjednoczonych, ponieważ oba dokumenty stwierdzają, że kierowca musi mieć pełną kontrolę nad pojazd przez cały czas.

Najbardziej zniechęcające są jednak pozostałe wyzwania związane z informatyką i sztuczną inteligencją. Zautomatyzowana jazda będzie początkowo ograniczona do stosunkowo prostych sytuacji, głównie jazdy po autostradzie, ponieważ technologia nadal nie jest w stanie reagować na niepewność związaną z ruchem nadjeżdżającym z przeciwka, ruchem obrotowym i pieszymi. Od kierowców prawie na pewno będzie się również oczekiwać przejęcia jakiejś roli nadzorczej, wymagającej od nich gotowości do ponownego przejęcia kontroli, gdy tylko system wyjdzie poza swoją strefę komfortu.

Pomimo krzykliwych demonstracji, czasami wyczuwałem wśród producentów samochodów chęć uderzenia hamulców i złagodzenia oczekiwań.

Relacja między człowiekiem a kierowcą robota może być zaskakująco napięta. Problem, jak odkryłem podczas jazdy testowej BMW, polega na tym, że zbyt łatwo jest stracić koncentrację i trudno ją odzyskać. Trudność w ponownym zaangażowaniu rozproszonych kierowców jest problemem, który: Bryan Reimer , naukowiec z Age Lab MIT, jest dobrze udokumentowany (patrz Postępuj ostrożnie w kierunku samochodu samojezdnego, maj/czerwiec 2013). Sugeruje, że prawdopodobnie najbardziej hamującymi czynnikami w rozwoju autonomicznych samochodów będą czynniki związane z ludzkim doświadczeniem.

Starając się rozwiązać ten problem, producenci samochodów zastanawiają się nad sposobami zapobiegania nadmiernemu rozpraszaniu się kierowców i sposobami jak najpłynniejszego przywrócenia ich do wykonywania zadania. Może to oznaczać monitorowanie uwagi kierowców i ostrzeganie ich, jeśli stają się zbyt niezaangażowani. Pierwsze generacje [samochodów autonomicznych] będą wymagały interwencji kierowcy w określonych punktach, Clifford Nass , powiedział mi współdyrektor Centrum Badań Motoryzacyjnych Uniwersytetu Stanforda. Okazuje się, że może to być najniebezpieczniejszy moment dla pojazdów autonomicznych. Możemy mieć tę okropną ironię, że gdy samochód jeździ autonomicznie, jest znacznie bezpieczniej, ale z powodu niezdolności ludzi do powrotu do pętli może ostatecznie być mniej bezpieczny.

Powyższy obraz przedstawia dane 3D zarejestrowane przez instrument LIDAR na samojezdnym samochodzie Google, gdzie kolor wskazuje wysokość nad ziemią. Wstawka to widok z przedniej kamery samochodu.

Ważnym wyzwaniem związanym z systemem, który jeździ sam, ale tylko przez pewien czas, jest to, że musi być w stanie przewidzieć, kiedy może nastąpić awaria, aby dać kierowcy wystarczająco dużo czasu na przejęcie kontroli. Ta zdolność jest ograniczona zasięgiem czujników samochodu i nieodłączną trudnością przewidzenia wyniku złożonej sytuacji. Może kierowca jest całkowicie rozkojarzony, powiedział Werner Huber. Powrót do zadania zabiera mu pięć, sześć, siedem sekund, co oznacza, że ​​samochód musi wiedzieć [z góry], kiedy osiągnie swoje ograniczenie. Wyzwanie jest bardzo duże.

Przed wyjazdem do Niemiec odwiedziłem Johna Leonarda, profesora MIT, który zajmuje się nawigacją robotów, aby dowiedzieć się więcej o ograniczeniach automatyzacji pojazdów. Leonard kierował jednym z zespołów biorących udział w DARPA Urban Challenge, wydarzeniu w 2007 roku, podczas którego pojazdy autonomiczne ścigały się po wymodelowanych ulicach miasta, ze skrzyżowaniami ze znakami stopu i ruchem ulicznym. Wyzwanie zainspirowało nowe badania i nowe zainteresowanie autonomiczną jazdą, ale Leonard jest powściągliwy w swoim entuzjazmie dla komercyjnej trajektorii, jaką od tamtego czasu obrała autonomiczna jazda. Powiedział mi, że niektóre z tych fundamentalnych pytań dotyczą reprezentowania świata i możliwości przewidywania, co może się wydarzyć — wciąż możemy być dziesiątki lat w tyle za ludźmi dzięki naszej technologii maszynowej. Mamy tu do czynienia z poważnymi, nierozwiązanymi, trudnymi kwestiami. Musimy uważać, aby nie przesadzić, jak dobrze to działa.

Leonard zasugerował, że wiele technologii, które pomogły autonomicznym samochodom radzić sobie ze złożonymi środowiskami miejskimi w projektach badawczych – z których część jest obecnie wykorzystywana w samochodach Google – może nigdy nie być wystarczająco tania lub kompaktowa, aby można ją było zastosować w pojazdach dostępnych na rynku. Obejmuje to nie tylko LIDAR, ale także system nawigacji inercyjnej, który zapewnia precyzyjne informacje o położeniu, monitorując własny ruch pojazdu i łącząc uzyskane dane z różnicowym GPS i bardzo dokładną mapą cyfrową. Co więcej, zła pogoda może znacznie pogorszyć niezawodność czujników, powiedział Leonard, i nie zawsze jest możliwe poleganie w dużym stopniu na mapie cyfrowej, jak robi to wiele prototypowych systemów. Powiedział, że jeśli system opiera się na bardzo dokładnej wcześniejszej mapie, musi być odporny na sytuację, w której ta mapa jest niewłaściwa, a pracy nad aktualizacją tych map nie należy lekceważyć.

Pod koniec mojej jazdy autonomicznym prototypem BMW odkryłem przykład niedoskonałej autonomii w działaniu. Zrobiliśmy pętlę nad lotniskiem i jechaliśmy z powrotem w stronę miasta, kiedy samochód Smarta, który przejeżdżał trochę chaotycznie przez ruch uliczny, nagle skręcił przede mną z prawej strony. Zdezorientowany jego nagłym i nieregularnym manewrem, nasz samochód zbliżał się do niego szybko i mając mniej niż sekundę do stracenia, straciłem nerwy i nacisnąłem hamulce, spowalniając samochód i wyprowadzając go z trybu samodzielnego prowadzenia. Chwilę później zapytałem Aeberharda, czy nasz samochód zdążyłby zahamować na czas. Byłoby blisko, przyznał.

Pomimo krzykliwych dem i śmiałych planów komercjalizacji, czasami wyczuwałem wśród producentów samochodów chęć uderzenia hamulców i złagodzenia oczekiwań. Ralf Herttwich, który kieruje badaniami i inżynierią systemów wspomagania kierowcy w Mercedesie, wyjaśnił, że interpretacja sytuacji staje się wykładniczo trudniejsza, im droga staje się bardziej złożona. Gdy zjedziesz z autostrady i wjedziesz na przeciętną drogę, postrzeganie otoczenia musi się poprawić. Twoja interpretacja sytuacji na drodze, ponieważ jest ich o wiele więcej – muszą być lepsze, powiedział. Samo patrzenie na sygnalizację świetlną i decydowanie, czy są one dla Ciebie, jest bardzo, bardzo złożonym problemem.

Leonard z MIT, na przykład, nie wierzy, że całkowita autonomia jest nieuchronna. Nie spodziewam się, że na Manhattanie będą taksówki bez kierowców za mojego życia, powiedział, zanim szybko dodał: I nie chcę, żeby taksówkarze wypadli z pracy. Wiedzą, dokąd jadą, i – przynajmniej w Europie – są uprzejmi i bezpieczni, i zabierają cię tam, gdzie musisz. To bardzo cenna rola społeczna.

Zastanawiałem się nad zastrzeżeniami Leonarda podczas wizyty w BMW i Mercedesie. O niektórych z nich wspomniałem nawet taksówkarzowi w Monachium, który był ciekawy mojej podróży. Nie wydawał się zmartwiony. Mamy siódmy zmysł - siódmy zmysł, powiedział, odnosząc się do instynktownej świadomości drogi, którą człowiek buduje. Gdy przeciskał się przez ruchliwy ruch uliczny z imponującą prędkością, podejrzewałem, że ta umiejętność zręcznego radzenia sobie w tak złożonym i chaotycznym świecie może się przydać jeszcze przez chwilę.

ukryć