Беспилотные автомобили эволюционируют от футуристической мечты до современной реальности. Но что-то эволюция затянулась. Или это только кажется?
Представьте, что вы садитесь в машину, вводите – или, еще лучше, говорите – местонахождение автомобиля в интерфейсе, а затем позволяете ему довезти вас до места назначения, в то время как сами читаете книгу, просматриваете веб-страницы или дремлете.
Автомобили, которые могут ездить сами – раньше это казалось нам чем-то фантастическим. Но в течение следующих нескольких лет эта выдумка станет реальностью, благодаря появлению беспилотных автомобилей, и это радикально изменит способ передвижения и транспортное сообщение наших городов.
Именно такие обещания мы уже слышим на протяжении последних десяти лет. Слышим об успехах и неудачах разработчиков, о правовых коллизиях использования таких транспортных средств, об их безопасности и опасности для нас, водителей, на дороге. Давайте попробуем во всем разобраться.
История беспилотных автомобилей
Идея беспилотных автомобилей существует уже очень давно, с 30-х годов прошлого века они стали неотъемлемой частью научно-фантастических представлений о будущем. Но лишь недавно технология, которая могла бы сделать их реальностью, начала стремительно развиваться.
Первые экспериментальные прототипы, которые были чрезвычайно медленными, датируются еще 1960-ми годами. Совсем недавно, в 2004 году, DARPA (агентство Министерства обороны США, отвечающее за разработку новых технологий для использования в вооруженных силах США) призвало разработчиков со всего мира построить беспилотный автомобиль, который бы был способен принять участие в гонках по калифорнийской пустыне Мохаве, предложив победителю приз в миллион долларов. Самый успешный автомобиль проехал лишь 7 из 142 миль. Но гонка укрепила веру в то, что автомобили-роботы являются реальностью.
В следующей гонке 2005 года уже пять автомобилей преодолели дистанцию. А в соревнованиях Urban Challenge 2007 года транспортные средства уже не просто избегали препятствий и держались дорог, но и соблюдали правила дорожного движения, съезжали, парковались и даже делали разрешенные развороты. А к 2010 году технические специалисты Google создали систему, которая могла справиться с самыми сложными дорогами Калифорнии (включая знаменитый извилистый квартал Ломбард-стрит в Сан-Франциско) с минимальным участием человека.
Сейчас идеей создания беспилотных авто заняты все известные производители автомобильной индустрии, так как считают ее очень перспективной.
Что такое беспилотные автомобили?
Беспилотные автомобили – это транспортные средства, которые не нуждаются в помощи человека для навигации к месту назначения. Они используют для этого камеры, датчики и расширенное программное обеспечение, которое интерпретирует дорожную ситуацию и реагирует на пешеходов и другое окружение на дороге.
Сейчас в мире нет легально действующих полностью автономных транспортных средств. Однако существуют частично автономные транспортные средства – легковые авто и грузовики с различным уровнем самоавтоматизации, от обычных автомобилей с системой помощи при торможении, до полностью независимых прототипов автономного управления.
Несмотря на то, что технологии автономного вождения все еще находятся на начальной стадии развития, они становятся все более распространенными, и впоследствии, возможно, радикально изменят нашу транспортную систему (и, соответственно, нашу экономику и общество). По оценкам автопроизводителей и технологических компаний, беспилотные автомобили 4-го уровня могут поступить в продажу в течение следующих нескольких лет. Однако некоторые эксперты считают такие прогнозы слишком оптимистичными и нереалистичными, учитывая процесс эволюции беспилотных авто.
Уровни автономности автомобилей
Автомобили имеют разный уровень управления, который эксперты оценивают по шкале от 0 до 5. Давайте разберемся, что означает каждый уровень.
Уровень 0. Все основные системы контролируются людьми. То есть, это наши привычные авто, которые используются сейчас.
Уровень 1. Некоторые системы, такие как круиз-контроль или автоматическое торможение, могут управлять автомобилем по очереди.
Уровень 2. Автомобиль поддерживает по крайней мере две одновременные автоматизированные функции, например, ускорение и управление. Но для безопасной работы нужен человек.
Уровень 3. При определенных условиях автомобиль может управлять всеми функциями, критически важными для безопасности, но предполагается, что водитель возьмет на себя управление в случае сбоя в системе или проблем с управлением.
Уровень 4. Автомобиль полностью автономен в некоторых сценариях вождения, но не во всех.
Уровень 5. Автомобиль полностью автономен в любой ситуации.
Пока что нам доступны автомобили 0-3 уровней, хотя по поводу 3 уровня все еще идут ожесточенные споры. Однако производители обещают, что к 2030 году уже станут доступными беспилотные авто 4 уровня.
Как работают беспилотные автомобили?
Google, Uber, Tesla, Nissan, Subaru и другие ведущие автопроизводители, исследовательские и технологические компании разработали различные технологии автономного управления.
Несмотря на то, что детали конструкции отличаются, большинство автономных систем создают и поддерживают внутреннюю карту своего окружения на основе широкого спектра датчиков, таких как радар. Беспилотные прототипы Uber используют 64 лазерных луча вместе с другими датчиками для создания внутренней карты. Прототипы Google на разных этапах использовали лазеры, радары, мощные камеры и гидролокаторы.
Затем программное обеспечение обрабатывает эти входные данные, прокладывает маршрут и отправляет инструкции системам автомобиля, которые контролируют ускорение, торможение и рулевое управление. Жестко закодированные правила, алгоритмы обхода препятствий, прогнозное моделирование и “умное” распознавание объектов (например, разницы между велосипедом и мотоциклом) помогают программному обеспечению соблюдать правила дорожного движения и преодолевать препятствия.
Частично автономные транспортные средства могут требовать вмешательства человека-водителя, если система сталкивается с неопределенностью, а полностью автономные транспортные средства могут даже не иметь руля.
Кроме того, автономные автомобили можно определять как “подключенные” или нет, учитывая то, могут ли они взаимодействовать с другими транспортными средствами и/или дорожной инфраструктурой, такой как светофоры нового поколения. Большинство прототипов пока не имеют такой возможности.
Какие преимущества имели бы беспилотные автомобили?
Наиболее широко обсуждаемым преимуществом будет повышение безопасности дорожного движения. В прошлом году только в Великобритании было зарегистрировано 1770 погибших на дорогах, более 26000 человек получили серьезные травмы. В США цифры еще более тревожные: 36750 смертей пешеходов и велосипедистов. В Украине статистика не менее тревожная. Поскольку большинство аварий является следствием ошибки водителя, даже 90% внедрение беспилотных автомобилей может спасти до 22000 человеческих жизней ежегодно.
Еще одним преимуществом было бы сделать транспорт доступным для людей, у которых раньше не было возможности управлять транспортным средством. Речь о детях, инвалидах и пожилых людях, которые могли бы, теоретически, путешествовать без водителя, что улучшило бы транспортную доступность.
Но здесь еще есть много юридических коллизий. И до сих пор не понятно, кто будет виноват в возможной аварии, кто и какое наказание за это должен понести и тому подобное.
Влияние на окружающую среду вызывает серьезное беспокойство и большую неопределенность. Доступные, недорогие и удобные беспилотные автомобили могут увеличить общее количество километров, которые авто проезжают ежегодно. Если эти транспортные средства будут работать на бензине, вредные для климата выбросы, связанные с транспортом, могут резко возрасти. Однако, если транспортные средства будут электрифицированы, выбросы значительно снизятся. По мере того, как электрифицированные беспилотные автомобили позволят больше совместных поездок (например, через такие сервисы, как Lyft или Uber), выбросы могут снизиться еще больше.
Технологии и подходы к созданию беспилотных автомобилей
Разработчики используют различные методы и подходы, все более продвинутые технологии и более качественные комплектующие для создания прототипов беспилотных авто. Но большинство из них имеют много общего, потому что принцип один – создать транспортное средство, которое бы не только управляло процессом вождения, но и отслеживало ситуацию на дороге и принимало правильные решения. Вот некоторые из важнейших технологий:
- Датчики: для восприятия окружающей среды в беспилотных автомобилях обычно используется комбинация датчиков, таких как лидар (обнаружение света и определение дальности), радар, камеры и ультразвуковые сенсоры.
- Карты: карты высокой четкости играют решающую роль. Эти карты содержат подробную информацию о дороге, дорожных знаках и других элементах дорожной инфраструктуры, которые помогают транспортному средству ориентироваться.
- Системы управления: автомобили используют сложные системы управления в режиме реального времени, регулируя скорость, управление и торможение при необходимости.
- Машинное обучение и искусственный интеллект: передовые алгоритмы искусственного интеллекта используются для обработки данных от датчиков, принятия решений и изучения опыта. Глубокое обучение часто используется для распознавания изображений и шаблонов.
О последнем пункте хочется рассказать более подробно.
Некоторые компании, такие как Waymo, разрабатывают собственный искусственный интеллект и системы управления, предназначенные для автономного вождения. Платформа NVIDIA DRIVE предоставляет масштабируемое решение на основе искусственного интеллекта для автономных транспортных средств, которое используется несколькими автопроизводителями и технологическими компаниями. Следует также упомянуть о фреймворках с открытым кодом, таких как ROS (операционная система роботов), которые используют некоторые компании для создания своих автономных систем.
К тому же многие компании инвестируют в исследования и разработки для создания собственных решений ИИ для своих беспилотных автомобилей.
Почему такой медленный прогресс?
По оценкам, технология создания безопасных автономных транспортных средств разработана примерно на 80%. На полное совершенствование процесса понадобится гораздо больше времени – это требует разработки новейших технологий, более качественных комплектующих и усовершенствования систем пилотирования.
Проблемы, которые еще предстоит решить, включают необычные и редкие события, которые могут произойти на любой улице или шоссе, например, погодные явления, животные, пересекающие дорогу, строительные и ремонтные работы.
Еще один набор проблем обнаружился после того, как Cruise и Waymo запустили свои автономные услуги заказа поездок в Сан-Франциско. Национальная администрация дорожного движения и безопасности США в декабре 2022 года, уже через шесть месяцев после того, как услуги были одобрены, начала расследование инцидентов, когда транспортные средства “возможно, неадекватно резко тормозили или были обездвижены”. В нескольких случаях для перемещения транспортных средств приходилось вызывать эвакуаторы. Это означает, что пока что проблем больше, чем достижений.
Что сейчас происходит?
Активные инициативы по автономным транспортным средствам можно сгруппировать в две категории: услуги по организации поездок (Cruise, Waymo и Uber) и продажа населению беспилотных автомобилей (Tesla).
Cruise является дочерней компанией General Motors, которая создана в 2013 году. По состоянию на сентябрь 2022 года она управляла парком в 100 роботакси в Сан-Франциско и планировала увеличить свой парк до 5000. Критики отмечали, что это увеличит городской трафик. В декабре 2022 года Cruise также начала предлагать услуги в Чандлере, Аризона, и Остине, Техас.
Cruise, the self-driving unit of General Motors that operates a robotaxi service in San Francisco, has applied for permission to test its autonomous vehicles across all of California.https://t.co/KbsLjk7JvC
— MarketWatch (@MarketWatch) March 21, 2023
Waymo, бывший проект Google Self-Driving Car, был основан в январе 2009 года. Компания потратила $4,8 млрд в 2020 году и $5,2 млрд в 2021 году. Waymo One предоставляет автономные услуги по организации поездок в Финиксе, а также в Сан-Франциско. В этом году она планирует выйти на дороги Лос-Анджелеса.
Компания Uber была главной силой в разработке автономных транспортных средств, поскольку частью ее бизнес-плана была замена людей-водителей. Однако у нее возникли проблемы, в частности, авария в марте 2018 года, когда беспилотный Uber убил женщину, которая шла с велосипедом через улицу, в Темпе, штат Аризона. В 2020 году Arizona Uber продала свое исследовательское подразделение AV компании Aurora Innovation.
Но в октябре 2022 года Uber вернулся к внедрению беспилотных автомобилей, подписав соглашение с Motional, совместным предприятием Hyundai и Aptiv. Motional будет предоставлять автономные транспортные средства для служб доставки и обслуживания Uber.
Lyft, вторая по величине компания совместной транспортировки после Uber, работает в США и Канаде. Как и Uber, у Lyft было автономное подразделение, и в 2016 году сооснователь Lyft Джон Циммер предсказывал, что к 2021 году большинство поездок в его сети будет осуществляться именно на таких транспортных средствах (а к 2025 году владение частными автомобилями “полностью прекратится”). Но этого не произошло. Поэтому к концу 2021 года Lyft также продала свое подразделение беспилотных автомобилей компании Toyota.
В 2022 году Циммер заявил, что эта технология не заменит водителей, по крайней мере, в течение ближайших десяти лет. Однако в августе 2022 года Lyft сотрудничал с Motional, чтобы запустить роботакси в Лас-Вегасе и Лос-Анджелесе.
Telsa является мировым лидером по продаже аккумуляторных электромобилей. Она также имеет целью продавать транспортные средства с полной автоматизацией. Однако по состоянию на конец 2022 года в США не продавались транспортные средства уровня 3, 4 или 5.
То, что Telsa предлагает, – это полностью автономная система управления за $15000. Покупатели признают, что покупают бета-версию, и берут на себя все риски. В случае неисправности системы Telsa не несет никакой ответственности.
В феврале 2023 года Национальное управление безопасности дорожного движения выявило: “Бета-версия полностью автономного программного обеспечения, которое позволяет транспортному средству превышать ограничения скорости или проезжать перекресток незаконным или непредсказуемым способом, увеличивает риск аварии”. Это привело к тому, что Tesla отозвала 362 000 автомобилей для обновления программного обеспечения.
Еще одной неудачей для продаж автономных транспортных средств стало объявление в октябре 2022 года о том, что Ford и VW решили прекратить финансирование компании по технологиям автономного вождения Argo AI, что привело к ее закрытию. И Ford, и VW решили перенести свое внимание с уровня автоматизации 4 на уровни 2 и 3.
Что нас ждет?
Несмотря на то, что текущее тестирование является довольно многообещающим, многие эксперты считают, что пройдут десятилетия, прежде чем беспилотные автомобили станут массовыми и доступными для покупки. С другой стороны, владелец Tesla Илон Маск настаивает на том, что беспилотные автомобили станут доступными для общественности в ближайшее время. Между тем, транспортные средства, которыми управляет человек, будут продолжать получать функции автономного управления, такие как навигация через светофоры, перекрестки и городское движение без участия человека.
Хотя это займет много лет, эксперты прогнозируют, что беспилотные автомобили со временем станут доминирующим видом транспорта в мире, а количество людей-водителей значительно уменьшится. Хотя мы точно не знаем, когда это произойдет, несомненно, беспилотные автомобили являются нашим будущим. Эксперты сходятся во мнении, что это станет реальностью, однако относительно сроков они не дают никаких прогнозов.