خودروی خودران (که گاهی به آن خودروی خودگردان یا خودروی بدون راننده نیز گفته می شود) وسیله نقلیه ای است که از ترکیبی از حسگرها، دوربین ها، رادار و هوش مصنوعی (AI، یا Artificial Inteligence) برای سفر بین مقاصد بدون اپراتور انسانی استفاده می کند. برای واجد شرایط بودن به عنوان کاملاً خودگردان، یک وسیله نقلیه باید بتواند بدون دخالت انسان به مقصدی از پیش تعیین شده بر روی جاده هایی که برای استفاده از آن مناسب سازی نشده اند حرکت کند.

شرکت هایی که در حال توسعه و/یا آزمایش خودروهای خودران هستند عبارتند از آئودی، بی ام و، فورد، گوگل، جنرال موتورز، تسلا، فولکس واگن و ولوو. آزمایش گوگل شامل ناوگانی از خودروهای خودران - از جمله تویوتا پری و آئودی TT - بود که بیش از 140000 مایل از خیابان‌ها و بزرگراه‌های کالیفرنیا را پیمایش می‌کردند.

ماشین های خودران چگونه کار می کنند

فناوری‌های هوش مصنوعی سیستم‌های خودروهای خودران را تقویت می‌کنند. توسعه دهندگان خودروهای خودران از حجم عظیمی از داده های سیستم های تشخیص تصویر، همراه با یادگیری ماشینی و شبکه های عصبی، برای ساختن سیستم هایی استفاده می کنند که می توانند به طور مستقل رانندگی کنند.

شبکه‌های عصبی الگوهایی را در داده‌ها شناسایی می‌کنند که به الگوریتم‌های یادگیری ماشینی داده می‌شوند. این داده‌ها شامل تصاویر دوربین‌های خودروهای خودران است که از طریق آن شبکه عصبی شناسایی چراغ‌های راهنمایی، درختان، حاشیه‌ها، عابران پیاده، علائم خیابان‌ها و سایر بخش‌های هر محیط رانندگی را می‌آموزد.

به عنوان مثال، پروژه خودروی خودران گوگل به نام Waymo از ترکیبی از حسگرها، lidar (آشکارسازی و مسافت‌یابی نوری (light detection and ranging) – فناوری‌ای مشابه با RADAR) و دوربین ها استفاده می کند و تمام داده هایی را که این سیستم ها تولید می کنند ترکیب می کند تا همه چیز اطراف خودرو را شناسایی کند و پیش بینی کند که آن چیزها در مرحله بعد چه کاری انجام می دهند. این در کسری از ثانیه اتفاق می افتد. بلوغ برای این سیستم ها مهم است. هر چه سیستم بیشتر رانندگی کند، داده های بیشتری را می تواند در الگوریتم های یادگیری عمیق خود بگنجاند که آن را قادر می سازد تا انتخاب های رانندگی دقیق تری داشته باشد.
نگرانی های جدی مبنی بر هک شدن نرم افزار مورد استفاده برای کار با وسایل نقلیه خودران وجود دارد و شرکت های خودروسازی در تلاش هستند تا خطرات امنیت سایبری را برطرف کنند.در زیر نحوه عملکرد وسایل نقلیه Google Waymo توضیح داده شده است:

* راننده (یا مسافر) یک مقصد را تعیین می کند. نرم افزار ماشین یک مسیر را محاسبه می کند.
* یک سنسور چرخشی لیدار روی سقف، برد 60 متری اطراف خودرو را کنترل می کند و یک نقشه سه بعدی (3D) پویا از محیط فعلی خودرو ایجاد می کند.
* یک سنسور در چرخ عقب سمت چپ، حرکت جانبی را برای تشخیص موقعیت خودرو نسبت به نقشه سه بعدی کنترل می کند.
* سیستم های رادار در سپر جلو و عقب فاصله تا موانع را محاسبه می کنند.
* نرم افزار هوش مصنوعی در خودرو به تمام سنسورها متصل است و ورودی های Google Street View و دوربین های ویدیویی داخل خودرو را جمع آوری می کند.
* هوش مصنوعی فرآیندهای ادراکی و تصمیم گیری انسان را با استفاده از یادگیری عمیق شبیه سازی می کند و اقدامات در سیستم های کنترل راننده مانند فرمان و ترمز را کنترل می کند.
* نرم افزار خودرو برای اطلاع قبلی از مواردی مانند نقاط دیدنی، علائم راهنمایی و رانندگی و چراغ ها با نقشه های گوگل مشورت می کند.
* یک عملکرد نادیده گرفتن در دسترس است تا انسان بتواند کنترل خودرو را در دست بگیرد.

خودروهایی با ویژگی های خودران

پروژه وایمو گوگل نمونه ای از خودروهای خودران است که تقریباً به طور کامل خودران هستند. با این وجود همچنان نیاز به حضور یک راننده انسانی دارد اما انسان فقط در صورت لزوم سیستم را نادیده می گیرد. به معنای واقعی کلمه خودران نیست، اما می تواند خود را در شرایط ایده آل براند. سطح بالایی از خودگردانی را دارد. بسیاری از خودروهایی که امروزه در دسترس مصرف‌کنندگان قرار می‌گیرند، از سطح استقلال پایین‌تری برخوردارند، اما همچنان دارای برخی ویژگی‌های خودران هستند. ویژگی های خودرانی که از سال 2019 در بسیاری از خودروهای تولیدی موجود است شامل موارد زیر است:

* فرمان هندزفری، ماشین را بدون دستِ راننده روی فرمان، متمرکز می کند. راننده همچنان موظف به توجه است.
* کنترل کروز تطبیقی (Adaptive cruise control (ACC)) تا حد توقف به طور خودکار فاصله قابل انتخابی را بین خودروی راننده و خودروی جلویی حفظ می‌کند.
* هنگام عبور راننده از خط کشی، با هل دادن خودکار وسیله نقلیه به سمت خط مخالف، فرمان تمرکز بر روی خط مداخله می کند.

سطوح خودگردانی در خودروهای خودران

اداره ملی ایمنی ترافیک بزرگراه (National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA)) ایالات متحده شش سطح از اتوماسیون را ارائه می دهد که از سطح 0 شروع می شود، جایی که انسان ها رانندگی را انجام می دهند، و از طریق فناوری های کمک راننده تا اتومبیل های کاملاً خودگردان گسترش می یابد. در اینجا پنج سطحی ارائه می شود که به دنبال اتوماسیون سطح 0 می آیند:

* سطح 1: یک سیستم کمک راننده پیشرفته (advanced driver assistance system (ADAS)) به راننده انسان در فرمان، ترمز یا شتاب گیری کمک می کند، البته نه به طور همزمان. یک ADAS شامل دوربین‌های دید عقب و ویژگی‌هایی مانند هشدار لرزان صندلی برای هشدار دادن به رانندگان در هنگام خروج از خط حرکت است.

* سطح 2: یک ADAS که می تواند همزمان هدایت کند و ترمز کند یا شتاب بگیرد در حالی که راننده کاملاً در پشت فرمان هوشیار است و به عنوان راننده به کار خود ادامه می دهد.

* سطح 3: یک سیستم رانندگی خودکار (automated driving system (ADS)) می تواند تمام وظایف رانندگی را تحت شرایط خاص مانند پارک کردن ماشین انجام دهد. در این شرایط، راننده انسان باید آماده کنترل مجدد باشد و همچنان باید راننده اصلی وسیله نقلیه باشد.

* سطح 4: یک ADS می تواند تمام وظایف رانندگی را انجام دهد و در شرایط خاص محیط رانندگی را نظارت کند. در آن شرایط، ADS به اندازه کافی قابل اعتماد هست که راننده انسانی نیازی به توجه نداشته باشد.

سطح 5: ADS خودرو به عنوان یک راننده مجازی عمل می کند و تمام رانندگی را در هر شرایطی انجام می دهد. سرنشینان، مسافران انسانی هستند و هرگز انتظار نمی رود که وسیله نقلیه را برانند.

تصویر: سطوح اتوماسیون در خودروهای خودران. اتوماسیون از اتوماسیون صفر تا کاملاً خودگردان را در بر می گیرد.

استفاده ها

از سال 2019، خودروسازان به سطح 4 رسیده اند. سازندگان باید تنوعی از نقاط عطف تکنولوژیک را روشن کنند و چندین موضوع مهم باید قبل از خرید وسایل نقلیه کاملاً خودگردان و استفاده از آنها در جاده های عمومی بررسی شود. حتی در حالی که خودروهای با سطح 4 خودگردانی برای مصرف عمومی در دسترس نیستند، اما به روش‌های دیگری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

به عنوان مثال، Waymo گوگل با Lyft شریک شد تا یک سرویس اشتراک گذاری سواری تجاری کاملاً خودگردان به نام Waymo One را ارائه دهد. سواران می توانند از یک خودروی خودران استقبال کنند تا آنها را به مقصد برساند و بازخورد خود را به Waymo ارائه دهد. در صورت نیاز به نادیده گرفتنADS ، خودروها همچنان دارای یک راننده ایمنی هستند. این سرویس از اواخر سال 2019 فقط در منطقه مترو فینیکس در دسترس است اما به دنبال گسترش به شهرهای فلوریدا و کالیفرنیا است.

خودروهای خودگردان جاروکننده خیابان (street-sweeping) نیز در استان هونان چین تولید می شوند که الزامات سطح 4 را برای پیمایش مستقل در یک محیط آشنا با موقعیت های جدید محدود برآورده می کنند.

پیش‌بینی‌های تولیدکنندگان در مورد زمانی که وسایل نقلیه سطح 4 و 5 به طور گسترده در دسترس خواهند بود متفاوت است. فورد و ولوو هر دو یک خودروی سطح 4 را برای مصرف عمومی به زودی عرضه خواهند کرد. ایلان ماسک، مدیر عامل تسلا، که از پیشگامان خودروهای خودران و الکتریکی است، ادعا کرده است که شرکت او وسایل نقلیه سطح 5 را به زودی آماده خواهد کرد. یک خودروی موفق سطح 5 باید بتواند به موقعیت های رانندگی جدید نیز واکنش نشان دهد، بهتر از یک انسان.

مزایا و معایب خودروهای خودران

مهمترین مزیتی که طرفداران خودروهای خودران از آن حمایت می کنند ایمنی است. پیش‌بینی آماری وزارت حمل‌ونقل Department of Transportation (DOT) ایالات متحده وNHTSA از تلفات رانندگی در سال 2017، تخمین زد که 37150 نفر در تصادفات رانندگی در آن سال جان خود را از دست دادند. NHTSA تخمین زده است که 94 درصد تصادفات جدی، ناشی از خطای انسانی یا انتخاب های نادرست، مانند رانندگی در حالت مستی یا حواس پرتی است. خودروهای خودران این عوامل خطر را از معادله حذف می‌کنند - اگرچه ماشین‌های خودران هنوز در برابر عوامل دیگری مانند مشکلات مکانیکی‌ای که باعث تصادف می‌شوند آسیب‌پذیر هستند.

اگر خودروهای خودران بتوانند به میزان قابل توجهی تعداد تصادفات را کاهش دهند، مزایای اقتصادی آن بسیار زیاد خواهد بود. بر اساس گزارش NHTSA، آسیب‌ها بر فعالیت‌های اقتصادی تأثیر می‌گذارند، از جمله 57.6 میلیارد دلار در بهره‌وری محل کار، و 594 میلیارد دلار به دلیل از دست دادن زندگی و کاهش کیفیت زندگی به دلیل آسیب‌ها، از دست رفته است.

تصویر: تکامل کامیون های بدون راننده. کامیون های بدون راننده ممکن است از برخورد جلوگیری کنند و اقتصاد را بهبود بخشند.

در تئوری، اگر جاده‌ها عمدتاً توسط خودروهای خودران پر می‌شد، ترافیک به آرامی انجام می‌شد و تراکم ترافیک کمتری وجود داشت. در خودروهای تمام اتوماتیک، سرنشینان می‌توانند در حین رفت و آمد به محل کار، فعالیت‌های تولیدی انجام دهند. افرادی که به دلیل محدودیت های فیزیکی قادر به رانندگی نیستند، می توانند استقلال جدیدی از طریق وسایل نقلیه خودمختار پیدا کنند و فرصت کار در زمینه هایی را خواهند داشت که نیاز به رانندگی دارند.

کامیون‌های خودران در ایالات متحده و اروپا آزمایش شده‌اند تا رانندگان بتوانند از خلبان خودکار در مسافت‌های طولانی استفاده کنند، راننده را برای استراحت یا تکمیل وظایف آزاد کنند و ایمنی راننده و کارایی سوخت را بهبود بخشند. این ابتکار که جوخه های کامیون نامیده می شود، توسط ACC، سیستم های جلوگیری از برخورد و ارتباطات وسیله نقلیه به وسیله نقلیه برای ACC تعاونی (cooperative ACC (CACC)) نیرو می گیرد.

از نقاط ضعف فناوری خودران می تواند این باشد که سوار شدن بر وسیله نقلیه بدون وجود راننده پشت فرمان، ممکن است - حداقل در ابتدا - آزاردهنده باشد. همچنین، با رایج شدن قابلیت‌های خودران، رانندگان انسانی ممکن است بیش از حد به فناوری خلبان خودکار متکی شوند و ایمنی خود را به دست اتوماسیون بسپارند، حتی زمانی که باید در صورت نقص نرم‌افزار یا مشکلات مکانیکی به عنوان رانندگان پشتیبان عمل کنند.

در یک نمونه از مارس 2018، خودروی کاربردی اسپرت (sport utility vehicle (SUV)) مدل X تسلا در حالت خلبان خودکار بود که با جداکننده خطوط بزرگراه برخورد کرد. به گفته این شرکت، علیرغم هشدارهای بصری و هشدار صوتی برای بازگرداندن دستانش روی فرمان، دست های راننده روی فرمان نبود. تصادف دیگری زمانی رخ داد که هوش مصنوعی تسلا سمت انعکاس براق کامیون را با آسمان اشتباه گرفت.

ایمنی خودروهای خودران و چالش ها

خودروهای خودران باید یاد بگیرند که اشیاء بی شماری را در مسیر خودرو، از شاخه ها و زباله ها گرفته تا حیوانات و انسان ها شناسایی کنند. چالش‌های دیگر در جاده‌ها تونل‌هایی هستند که با سیستم موقعیت‌یابی جهانی (Global Positioning System (GPS)) تداخل دارند، پروژه‌های ساختمانی که باعث تغییر مسیر یا تصمیم‌های پیچیده می‌شوند، مانند محل توقف برای عبور وسایل نقلیه اضطراری.

سیستم ها باید در مورد زمان کاهش سرعت، انحراف یا ادامه شتاب به طور معمول تصمیمات آنی بگیرند. این یک چالش ادامه دار برای توسعه دهندگان است و گزارش هایی از تردید و انحراف غیرضروری خودروهای خودران در هنگام شناسایی اشیاء در جاده ها یا نزدیک آن وجود دارد.

این مشکل در یک تصادف مرگبار در مارس 2018 مشهود بود که برای یک خودروی خودران که توسط اوبر اداره می شد، رخ داد. این شرکت گزارش داد که نرم افزار وسیله نقلیه یک عابر پیاده را شناسایی کرد، اما آن را مثبت کاذب دانست و نتوانست برای جلوگیری از برخورد با او منحرف شود. این تصادف باعث شد تویوتا آزمایش خودروهای خودران خود را در جاده های عمومی به طور موقت متوقف کند، اما آزمایش آن در جاهای دیگر ادامه خواهد داشت. مؤسسه تحقیقاتی تویوتا در حال ساخت یک مرکز آزمایشی در زمینی به مساحت 60 هکتار در میشیگان است تا فناوری خودروهای خودکار را بیشتر توسعه دهد.

با تصادفات، مسئله مسئولیت نیز مطرح می شود، و قانونگذاران هنوز تعریف نکرده اند که چه کسی در هنگام تصادف یک خودروی خودران مسئول است. همچنین نگرانی های جدی مبنی بر هک شدن نرم افزار مورد استفاده برای کار با وسایل نقلیه خودران وجود دارد و شرکت های خودروسازی در تلاش هستند تا خطرات امنیت سایبری را برطرف کنند.

خودروسازان مشمول استانداردهای ایمنی وسایل نقلیه موتوری فدرال (Federal Motor Vehicle Safety Standards (FMVSS)) هستند و NHTSA گزارش داد که باید کارهای بیشتری انجام شود تا وسایل نقلیه مطابق این استانداردها باشند.

در چین، خودروسازان و قانون‌گذاران استراتژی متفاوتی را برای رعایت استانداردها و تبدیل خودروهای خودران به واقعیتی روزمره اتخاذ می‌کنند. دولت چین شروع به طراحی مجدد مناظر شهری، سیاست ها و زیرساخت ها می کند تا محیط زیست را دوستدار خودروهای خودران کند. این شامل نوشتن قوانینی درباره نحوه حرکت انسان‌ها و استخدام اپراتورهای شبکه تلفن همراه برای انجام بخشی از پردازش مورد نیاز برای دادن داده‌های مورد نیاز به وسایل نقلیه خودران است. "راه های آزمایشی ملی" اجرا می شود. ماهیت توتالیتر دولت چین این امکان را فراهم می کند که دموکراسی دعوایی که آزمایش ها از طریق آن در آمریکا انجام می شود را دور می زند.

تاریخچه ماشین های خودران

مسیر به سمت خودروهای خودران با ویژگی‌های اتوماسیون افزایشی برای ایمنی و راحتی قبل از سال 2000، با کروز کنترل و ترمزهای ضد قفل آغاز شد. پس از آغاز هزاره، ویژگی های ایمنی پیشرفته، از جمله کنترل پایداری الکترونیکی، تشخیص نقاط کور، و هشدارهای برخورد و تغییر خطوط در وسایل نقلیه در دسترس قرار گرفت. بر اساس گزارش NHTSA، بین سال‌های 2010 تا 2016، قابلیت‌های پیشرفته کمک راننده، مانند دوربین‌های ویدئویی دید عقب، ترمزهای اضطراری خودکار و کمک‌های محوری بین خطوط، ظاهر شدند.
برای واجد شرایط بودن به عنوان کاملاً خودگردان، یک وسیله نقلیه باید بتواند بدون دخالت انسان به مقصدی از پیش تعیین شده بر روی جاده هایی که برای استفاده از آن مناسب سازی نشده اند حرکت کند.از سال 2016، خودروهای خودران به سمت خودگردانی نسبی حرکت کرده اند، با ویژگی هایی که به رانندگان کمک می کند در مسیر خود بمانند، همراه با فناوری ACC و توانایی پارک خود.

وسایل نقلیه تمام اتوماتیک هنوز در دسترس عموم قرار نگرفته اند و ممکن است برای سال های زیادی در دسترس نباشند. در ایالات متحده، NHTSA راهنمایی های فدرال را برای معرفی ADS ها در جاده های عمومی ارائه می دهد و با پیشرفت فناوری خودروهای خودران، راهنمایی های این وزارتخانه نیز افزایش می یابد.

خودروهای خودران هنوز در بیشتر جاده ها قانونی نیستند. در ژوئن 2011، نوادا به اولین حوزه قضایی در جهان تبدیل شد که اجازه آزمایش خودروهای بدون راننده در جاده های عمومی را داد. کالیفرنیا، فلوریدا، اوهایو و واشنگتن دی سی، در سال‌های پس از آن این اجازه را دادند.

تاریخچه خودروهای بدون راننده بسیار فراتر از آن است. لئوناردو داوینچی اولین نمونه اولیه را در حدود سال 1478 طراحی کرد. ماشین داوینچی به عنوان یک روبات خودکششی با فنرها طراحی شد، با فرمان قابل برنامه ریزی و توانایی اجرای دوره های از پیش تعیین شده.

منبع: بن لوتکویچ، techtarget