САМОУПРАВЛЯЕМЫЕ АВТОМОБИЛИ: БУДУЩЕЕ УЖЕ НАСТУПИЛО

Чуть более ста лет назад идея массового производства автомобилей казалась немыслимой, и все же это произошло: но научный и промышленный прогресс продолжает ускоряться, и сегодня мы уже стоим перед новой перспективой: самодвижущимся автомобилем. Самоуправляемый автомобиль (автономный автомобиль, самодвижущийся автомобиль, автомобиль-робот) – это автомобиль с автоматическим управлением, т.е. автомобиль, который может анализировать окружающую обстановку и управлять автомобилем без вмешательства тех, кто сидит в автомобиле^[1]. По данным британской газеты The Guardian, к 2035 году 25% автомобилей будут самоуправляемыми. По мнению ученых, использование автомобилей-роботов поможет снизить аварийность на 90% и выбросы вредных веществ на 80%^[2]. Чудо.

В 1918 году один американский журнал опубликовал статью, уже дающую старт этому развитию: “…автомобиль с рулевым колесом в будущем станет таким же устаревшим, как сегодня автомобиль с ручным насосом для бензина или нефти!“, и они не ошиблись^[3]. Уже в 1921 году в Дайтоне, штат Огайо, RCA представила первую аналоговую модель трехколесного автомобиля без водителя с беспроводным управлением, управляемого радиооборудованием, установленным на другом автомобиле. В 1925 году похожий радиоуправляемый автомобиль проехал по Пятой авеню в Нью-Йорке^[4].

С 1930-х годов компания General Motors проводила исследования в области создания самоуправляемых автомобилей, результаты которых были представлены на Всемирной выставке футурамы (Futurama World’s Fair). Одна из представленных идей заключалась в оснащении автомобилей передатчиками, способными контролировать расстояние между транспортными средствами с помощью радиоволн^[5].

В 1950-х годах General Motors перешла от разработки к созданию концептуальной модели Firebird II, оснащенной магнитными датчиками, которые, по замыслу инженеров, получают сигналы от электрических кабелей, проложенных под дорожным полотном. Цель этой идеи – позволить автомобилю в некоторых случаях самостоятельно принимать решения о маневрах и ограничениях скорости. Автомобиль так и не поступил в производство, но это был первый автомобиль, оснащенный тем, что сегодня широко используется в автомобильной промышленности как “круиз-контроль“^[6].

От научной фантастики к промышленному развитию

Мечта водителя: автомобиль, управляемый с помощью ряда кнопок^[7]

Попытки разработать самоуправляемый автомобиль продолжались, и настоящий прорыв произошел в 1980 году. Немецкому ученому Эрнсту Дикмансу (Ernst Dickmanns) с командой блестящих инженеров удалось создать интеллектуальный автомобиль на базе полуприцепа Mercedes-Benz, используя механизмы параллельных вычислений, инструменты фильтрации данных, используемые в навигационных системах, и имитацию быстрого движения человеческого глаза, позволяющую визуально сканировать сцену.

Разработчики изобрели автомобиль, способный следовать по определенному маршруту и совершать маневры^[8]. Эта разработка заинтересовала компанию Daimler-Benz и была продолжена в рамках проекта Eureka PROMETHEUS (Program for European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedented Safety^[9], европейский проект, финансируемый государством^[10]) с 1986 по 1995 год^[11], в котором участвовали многие европейские разработчики^[12]. К середине 1990-х годов Эрнст Дикманнс уже создал два образца интеллектуальных автомобилей, VaMP и VITA-2, которые в ходе испытаний смогли разогнаться до 130 км/ч и выполнять маневры в дорожном движении, такие как смена полосы движения и обгон. Эти разработки внесли значительный вклад в развитие технологий и до сих пор широко используются в автоматизации управления транспортными средствами^[13].

Еще одна веха в развитии самодвижущихся автомобилей была достигнута проектом Navlab и ALV Университета Карнеги-Меллон, который стартовал в 1984 году. В 1995 году Navlab 5 совершил автономное пересечение береговой линии США, преодолев 98,2% (4501 км из 4585 км) со средней скоростью 102,7 км/ч^[14]. С тех пор идея создания автомобиля-робота прочно вошла в планы таких автомобильных гигантов, как: Mercedes-Benz^[15], Bosch^[16], Nissan^[17], Toyota^[18], Audi^[19], Vislab Пармского университета^[20] и Google^[21].

В начале 20 века Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA – Defense Advanced Research Projects Administration) организовало DARPA Grand Challenge – соревнование робомобилей, целью которого было создание полностью автономного транспортного средства. Конкурс финансировался правительством США. Конкурс проводился трижды – в 2004, 2005 и 2007 годах^[22]. Призовой фонд в размере 1 миллиона долларов в первом конкурсе не был присужден: ни одна из 15 команд не смогла пройти дистанцию, но конкурс дал мощный толчок развитию транспорта без водителя, и многие участники продолжили свои исследования в этом направлении. Так, один из них, Крис Урмсон (Chris Urmson), стал одним из ведущих разработчиков автомобилей Google и вошел в индустрию со своей компанией Aurora^[23]. Несколько американских штатов, таких как Невада, Флорида, Калифорния, Вирджиния и Мичиган, в 2015 году дали разрешение на тестирование автоматизированных автомобилей на дорогах общего пользования^[24].

Принципы работы

Визуализация работы датчика^[25]

Основная задача самоуправляемого автомобиля – проложить заданный маршрут без участия водителя, поэтому машина “должна” видеть как человек, анализировать полученную информацию, быстро принимать решения и знать маршрут. Навигационные системы и датчики используются для определения точного местоположения автомобиля и оптимизации планирования маршрута, с актуальной информацией о дорожных условиях и скорости, разрешенной на различных участках дороги^[26]. Датчики играют очень важную роль, поскольку действия автомобиля основываются на собранной информации.

Обычно он устанавливается как^[27]:

– Лидар – лазер с вращением на 360°, способный четко обнаруживать объекты, находящиеся вблизи автомобиля, и определять расстояние до них^[28];

– Радар – радиолокационные системы, которые обнаруживают объекты и способны определять их расстояние, скорость и геометрические параметры^[29];

– Камеры – обнаруживают светофоры, дорожные знаки^[30] и поддерживают радарные системы для пешеходов и велосипедистов^[31];

– Глобальные системы позиционирования – спутниковая навигационная система^[32].

Кроме того, беспилотные автомобили могут быть оснащены микрофонами, которые улавливают звук аварийной сирены^[33].

Информация, собранная всеми датчиками, передается на управляющий компьютер, который, проанализировав собранные данные, принимает основные решения о поведении автомобиля на дороге^[34]. Алгоритмы используются для обработки собранных данных об окружающей среде и составления прогнозов, например, скорости, с которой объекты движутся относительно друг друга^[35]. Эти данные формируют основу для дальнейших действий автомобиля, которые выполняются контроллером рулевого управления. Это, в свою очередь, активирует команды для маневрирования транспортного средства, изменения скорости, торможения и так далее^[36].

Проще говоря, автомобиль без водителя работает следующим образом: машина едет по дороге, лидар сканирует окружающую местность в режиме реального времени и передает информацию на управляющий компьютер, который обрабатывает ее и наносит на карту. Производители самоуправляемых автомобилей часто предпочитают спутниковую связь Интернету. Данные от других датчиков обрабатываются алгоритмами для моделирования текущей ситуации на дороге, оценки поведения других участников движения, прогнозирования движения автомобиля-робота и его дальнейших действий (изменение скорости или маневр)^[37].

Участники проекта DARPA Grand Challenge 2004^[38]

SAE International, американское общество автомобильных инженеров, установило шесть уровней автоматизации транспортных средств:

Уровень 0 – никакой автоматизации, водитель полностью отвечает за процесс динамичного вождения. Многие автомобили, оснащенные функциями помощи водителю, такими как антиблокировочная тормозная система, не считаются автоматизированными, поскольку эти функции не выполняют задачу динамичного вождения на постоянной основе^[39];

Уровень 1 – частичная помощь водителю в виде ускорения, замедления или управления; к этому уровню относятся автомобили, оснащенные круиз-контролем, адаптивным круиз-контролем, системой помощи при парковке, автоматическим экстренным торможением^[40];

Уровень 2 – частичная автоматизация. Системы помощи водителю, которые при определенных обстоятельствах позволяют управлять автомобилем “без рук”, помогают при разгоне/торможении и рулевом управлении, но при необходимости водитель должен взять управление на себя. Это не “автопилот”, а скорее усовершенствованная система помощи водителю^[41];

Уровень 3 – условная автоматизация. Этот уровень должен позволить водителю оставаться в “режиме ожидания”, пока система обрабатывает трафик в пределах своей “рабочей зоны разработки”^[42]. Водитель должен быть готов вернуть управление в течение времени, указанного производителем. Этот уровень можно описать как “второй пилот”^[43]. Разница между уровнем 2 и уровнем 3 заключается в основном во времени, в течение которого водитель должен восстановить контроль над транспортным средством^[44].

Уровень 4 – высокий уровень автономности, автопилот. Пока система работает в “рабочем пространстве разработки”, она не требует вмешательства человека. Работа этого уровня напрямую зависит от высокодетальных 3D-карт^[45].

Уровень 5 – полная автоматизация. Неограниченное автоматическое вождение, автомобиль способен ехать автономно, без вмешательства человека, по любой местности, где может проехать опытный водитель^[46].

Преимущества, недостатки и риски

Он спит, пока автопилот Tesla едет по автостраде: безумный жест Джонатона Кука (Johnathon Cook) для видео в социальных сетях[47]

Принцип понятен: автомобиль-робот не устает, не засыпает, не эмоционален, не злоупотребляет алкоголем или наркотиками, неукоснительно соблюдает правила дорожного движения и скоростной режим, не отвлекается во время движения, и вообще: роботы совершают ошибки гораздо реже, чем люди. Исключение человеческого фактора из дорожной ситуации способствует значительному снижению аварийности на дорогах, что является основным и самым важным преимуществом массового использования самоуправляемого автомобиля^[48]. Кроме того, значительное сокращение числа несчастных случаев с участием людей может резко снизить расходы на медицинское страхование и неотложную медицину^[49].

Массовое использование самоуправляемых автомобилей окажет влияние на логистическую отрасль: перевозка товаров и людей станет дешевле за счет экономии на топливе и зарплате водителей, а процесс транспортировки будет занимать меньше времени, поскольку робот не ограничен рабочим временем. Также можно будет доставлять товары в сложных погодных условиях, во время стихийных бедствий и даже военных операций^[50].

Расширение сегмента робототехники уменьшит потребность в частных автомобилях, что в долгосрочной перспективе приведет к сокращению выбросов выхлопных газов и, следовательно, к улучшению климата^[51]. Социальное преимущество роботизированного транспорта заключается в его универсальной доступности. Робомобилем может пользоваться каждый, независимо от физических характеристик и водительских прав. Пассажиры могут оптимизировать свое время и посвятить себя необходимой работе или отдыху во время путешествия^[52]. Кроме того, эффективность использования дороги будет повышена за счет полного соответствия автомобиля правилам дорожного движения^[53].

Однако идея полностью автоматизированного вождения имеет и ряд недостатков: если самодвижущиеся автомобили будут массово использоваться, на рынке труда произойдут значительные изменения, поскольку такие профессии, как шофер, водитель грузовика, водитель такси и курьер, перестанут быть востребованными. Goldman Sachs, один из крупнейших в мире инвестиционных банков, подсчитал, что роботизация автомобильного транспорта приведет к потере 300 000 рабочих мест в год в транспортном секторе^[54].

Другой момент заключается в том, что в случае использования роботизированных транспортных средств нарушается неприкосновенность частной жизни, поскольку сама суть системы заключается в сборе и обработке частных данных: от маршрута до информационных потоков, используемых внутри транспортного средства (таких как записи голоса, камеры, используемые носители). В конкретном случае кибератака ставит под угрозу личные данные пассажиров, но в контексте национальной безопасности потеря данных или взлом системы управления автономного транспортного средства может привести к тотальному шпионажу^[55].

Firebird III, Экспозиция XXI века, Сиэтл, 1962 г. ^[56]

С юридической точки зрения остается вопрос: кто несет ответственность в случае аварии с участием самоуправляемого автомобиля? Границы ответственности производителя и пользователя должны быть урегулированы законом до того, как автомобили-роботы массово выйдут на дороги. То же самое относится и к страхованию, поскольку ни одна крупная страховая компания в Европе или США пока не прокомментировала принципы, в соответствии с которыми должны рассчитываться страховые риски^[57].

При обсуждении плюсов и минусов беспилотного транспорта моральная дилемма автомобилей без водителя, вероятно, является наиболее острой. При принятии решений робот-автомобиль руководствуется алгоритмами: на основе входных данных он принимает решение, известное системе, но что если выбор должен быть сделан в пользу “наименее худшего” варианта?^[58]

Предположим, что в чрезвычайной ситуации автономный автомобиль должен выбрать между столкновением со школьным автобусом и столбом. Если других вариантов нет, автомобиль должен решить, кого спасать – водителя или пассажиров школьного автобуса. Этически неприемлемо позволять машине решать, спасать или забирать жизнь^[59]. По этой причине любой автомобиль нуждается в руках водителя на руле и его решениях в экстренной ситуации^[60]. Но для этого необходимо, чтобы водитель имел навыки и опыт вождения, что, на мой взгляд, маловероятно, если самодвижущимся автомобилем сможет пользоваться любой человек, без обучения и опыта, независимо от состояния здоровья.

В попытке сделать автономные транспортные средства этичными и создать “универсальный моральный кодекс” международная команда исследователей из разных областей создала в 2015 году проект “Моральная машина” (“Moral Machine”^[61]). Цель – собрать информацию о том, как, по мнению пользователей, должен вести себя беспилотный автомобиль в смоделированной критической ситуации. В 2018 году британское издание Nature опубликовало данные о том, как 40 миллионов респондентов из более чем 223 стран прошли тест^[62]. Анализ результатов теста Moral Machine показал, что этические нормы различаются в разных странах и регионах^[63].

Пример вопроса теста “Моральная машина”^[64]

Несмотря на свои преимущества в плане безопасности, автоматизированные автомобили все еще попадают в аварии. В США было зарегистрировано множество случаев аварий с участием автоматизированных автомобилей, некоторые из них со смертельным исходом. «Лидером» по количеству аварий, связанных с технологиями помощи водителю, стал производитель Tesla, в то время как Waymo имеет наибольшее количество аварий с участием автономных автомобилей^[65]. С 2021 года Национальная администрация безопасности дорожного движения США (NHTSA – National Highway Traffic Safety Administration) требует от всех автопроизводителей немедленно сообщать обо всех авариях и инцидентах с участием автоматизированных автомобилей, начиная с уровня автоматизации 2^[66]. Результаты пока не опубликованы.

Вовлеченные отрасли

Origin от General Motors вмещает шесть пассажиров и не имеет руля: производство начнется в 2023 году[67]

В конце 2021 года лидирующие позиции на рынке беспилотных автомобилей распределяются следующим образом: General Motors (США), Ford (США), Daimler (Германия), Volkswagen (Германия), Toyota (Япония) и Waymo (США)^[68]. По данным ResearchAndMarkets, мировой рынок самоуправляемых автомобилей составил 20,3 млн единиц в 2021 году^[69]. В целом, автомобильная промышленность меняется, и производители предлагают все больше функций, упрощающих задачу водителя. Например: Honda и Toyota вводят в стандартную комплектацию своих автомобилей функции обнаружения слепых зон, автоматического экстренного торможения, предупреждения о переднем столкновении и предупреждения о заднем поперечном трафике, а также помощь при движении по полосе. Спрос на высокий уровень безопасности и комфорта вождения является основным стимулом для развития рынка автомобилей без водителя^[70].

В отчете Guidehouse Insights^[71] за 2021 год сравниваются 15 компаний, занимающихся разработкой и внедрением систем управления для малых и средних беспилотных автомобилей^[72]. Оценка проводится по десяти критериям: цели, стратегии выхода на рынок, партнеры, технологии, возможности продукта, продажи и маркетинг, качество и надежность, ассортимент продукции и прибыльность^[73]. Согласно результатам, рейтинг производительности выглядит следующим образом: на первом месте находится Waymo (США, дочерняя компания Alphabet Inc., отвечающая за развитие проекта Google Group’s Google Driverless Car)^[74]; на втором месте – Nvidia (США, технологическая компания, разработчик бортовых компьютеров для сектора самодвижущегося автотранспорта)^[75]; далее следует Argo AI (США, компания по технологиям удаленного вождения)^[76]; и завершает пьедестал почета Baidu (Китай, технологическая компания, специализирующаяся на разработке искусственного интеллекта)^[77].

Ожидания и реальность

Октябрь 2020 года: Документальный фильм PBS “Смотрите, кто за рулем” (“Look Who‘s Driving“) иллюстрирует инновации и проблемы достижения 5-го уровня автономности для автомобилей[78]

С появлением массовой разработки самоуправляемых автомобилей конкуренция в этом сегменте значительно изменила направление с технологической точки зрения. Автомобильные гиганты все чаще объединяют усилия с лидерами отрасли в разработке систем автономного вождения^[79].

Идея массового внедрения самоуправляемых автомобилей бросает вызов как технологическому, так и юридическому миру^[80], инвестиции уже давно перешагнули миллиардный рубеж, а заявления производителей о массовом появлении действительно автономных автомобилей на дорогах общего пользования остаются поразительными обещаниями^[81]. Американский производитель автомобилей Tesla выпустил бета-версию программного обеспечения своего автомобиля под названием “Полностью самодвижущийся” (“Fully Self-Driving”) в 2020 году, но в действительности эта система соответствовала лишь второму уровню автоматизации^[82].

Сегодня самый высокий уровень автоматизированного вождения, доступный на рынке, требует полного внимания и участия водителя^[83]. С 1 января 2023 года Калифорния запрещает компании Tesla (которая уже давно обещает самодвижущийся автомобиль[84], несмотря на то, что он требует “активного контроля со стороны водителя и не делает автомобиль автономным“[85]) и другим производителям называть автомобили с усовершенствованными системами помощи “полностью самодвижущимися” и обвиняют их в ложной рекламе[86]. Однако это не останавливает производителей, а наоборот, подталкивает их к созданию новых конструкций и прототипов и объявлению долгосрочных прогнозов. По крайней мере, три автомобильных гиганта (Toyota^[87], Honda^[88] и General Motors^[89]) объявили о немедленном тестировании интеллектуальных транспортных систем, соответствующих уровню автоматизации SAE уровня 4.

Дорожные испытания идут полным ходом. Так, в США, с разрешения NHTSA, General Motors тестирует свои пилотные программы с проектом такси без водителя Cruise^[90], Waymo^[91], и совместным инвестиционным проектом Ford и Volkswagen – Argo AI^[92]. Вождение этих прототипов зависит от определенных условий^[93].

Законодательная база Европейского Союза меняется: новые правила безопасности транспортных средств ЕС^[94] регулируют внедрение ряда обязательных систем помощи водителю. Эти правила являются правовой основой для утверждения автоматизированных и полностью автоматизированных транспортных средств в качестве полноценных участников дорожного движения^[95].

Поезд роботизации движется полным ходом, но, на мой взгляд, все еще похоже на несобранный пазл, и пройдут годы, прежде чем будет достигнуто массовое использование самоуправляемых автомобилей. Результаты теста Moral Machine подтверждают, что создать универсальный “моральный кодекс” для роботизированных транспортных средств будет очень сложно^[96]. Пока что полностью роботизированные автомобили остаются технологией будущего^[97]. Но это будущее, которое мы почти можем потрогать руками.

^[1] https://www.tadviser.ru/index.php/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F:%D0%90%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D0%BB%D0%BE%D1%82_(%D0%B1%D0%B5%D1%81%D0%BF%D0%B8%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1%8C)

^[2] https://blog.eldorado.ru/publications/kak-ustroeny-bespilotnye-avtomobili-vse-chto-nuzhno-znat-o-glavnoy-tekhnologii-budushchego-24354

^[3] https://habr.com/ru/company/itelma/blog/505872/

^[4] https://habr.com/ru/company/itelma/blog/505872/

^[5] https://habr.com/ru/company/itelma/blog/505872/

^[6] https://www.svyaznoy.ru/reviews/text_istoriya_bespilotnyh_avtomobiley

^[7] https://habr.com/ru/company/itelma/blog/505872/

^[8] https://www.svyaznoy.ru/reviews/text_istoriya_bespilotnyh_avtomobiley

^[9] https://trashbox.ru/topics/94912/chto-takoe-bespilotnye-avtomobili-istoriya-principy-raboty-buduschee

^[10] https://habr.com/ru/company/itelma/blog/505872/

^[11] https://web.archive.org/web/20180814201633/http://www.eurekanetwork.org/project/id/45

^[12] https://habr.com/ru/company/itelma/blog/505872/