خودروهای خودران چیست و چگونه کار می کنند؟

خودروسازان در حال حاضر رانندگی نیمه خودران را روی خودروها ارائه می دهند، اما این فقط آمادگی برای زمانی است که آنها اصلاً نیازی به راننده ندارند.

نکات کلیدی

• خودروهای خودران از ترکیبی از حسگرها و دوربین ها برای ایجاد تصویری سه بعدی از دنیای اطراف خود استفاده می کنند و آنها را قادر می سازد بدون دخالت راننده، ایمن رانندگی کنند.
• خودروهای خودران در سطوح مختلف اتوماسیون قرار می گیرند، از خودروهایی که برای انجام هر کار رانندگی به انسان نیاز دارند تا خودروهایی که می توانند در جاده های عمومی بدون دخالت انسان رانندگی کنند.
• نرم افزار خودروی خودران برای تصمیم گیری بر اساس متغیرهای محیط، به شدت به هوش مصنوعی و الگوریتم های یادگیری ماشینی متکی است و این الگوریتم ها با صرف زمان بیشتر در جاده بهبود می یابند.

ایده آل برای ایجاد یک ماشین بدون راننده کامل از همان روزهای اولیه خودروها رایج بوده است. پس از بیش از یک قرن نوآوری و پیشرفت های تکنولوژیکی، با چندین شرکت که در حال حاضر در جاده های عمومی روی پروژه هایی کار می کنند، بیش از هر زمان دیگری به داشتن خودرویی نزدیک شده اید که بتواند خودش رانندگی کند.

اما ماشین های خودران چگونه کار می کنند؟ و چقدر به رسیدن به رویاهای روبوشفر خود نزدیک هستید؟

خودروهای خودران چیست؟

همانطور که از نام آن پیداست، وسایل نقلیه خودران (که خودران نیز نامیده می شوند) خودروهایی هستند که خودشان رانندگی می کنند. اکثر خودروهای خودران مدرن نیاز به حضور راننده برای مدیریت در مواقع اضطراری دارند. خارج از شرایط اضطراری یا موقعیت‌هایی که خودرو شروع به عملکرد نامنظم می‌کند، قرار است بیشتر رانندگی را بدون هیچ گونه دخالت راننده انجام دهد.

ماشین های خودران چگونه کار می کنند؟

خودروهای خودران از ترکیبی از سنسورها و دوربین ها برای ایجاد تصویری سه بعدی از دنیای اطراف خود استفاده می کنند. سپس از نرم‌افزار پیشرفته برای شناسایی اتومبیل‌ها، افراد و موانع موجود در جاده استفاده می‌شود و خودرو را قادر می‌سازد تا با رعایت قوانین جاده، با خیال راحت رانندگی کند.

بسیاری از شرکت‌ها روی این فناوری کار می‌کنند و این بدان معناست که چندین رویکرد مختلف برای ساخت خودروی خودران وجود دارد. همچنین سطوح مختلفی برای خودروهای خودران با ویژگی های مختلف اختصاص داده شده است.

رزرو و پرش به تاکسی خودران Waymo یکی از ساده‌ترین راه‌ها برای امتحان یک خودروی خودران برای خودتان است، اما برای اولین بار سواری Waymo باید در آریزونا باشید.

سطوح خودروهای خودران توضیح داده شده است

اکثر خودروهای خودران جهان، مدل‌های کاملاً خودران نیستند و در شش سطح مختلف اتوماسیون قرار می‌گیرند که هر کدام اتوماسیون بهتری نسبت به قبلی ارائه می‌دهند.

• خودروهای سطح 0 فاقد اتوماسیون هستند و برای انجام هر کار رانندگی به یک انسان نیاز دارند.
• اتومبیل های سطح 1 دارای ویژگی های کمک راننده مانند کروز کنترل هستند، اما برای رانندگی وسیله نقلیه به یک انسان نیاز است.
• اتومبیل های سطح 2 دارای اتوماسیون جزئی هستند. این بدان معنی است که آنها می توانند چیزهایی مانند فرمان را کنترل کنند، اما همچنان برای رانندگی به یک انسان نیاز دارند.
• اتومبیل های سطح 3 دارای اتوماسیون مشروط هستند که آنها را قادر می سازد برای انجام وظایف رانندگی به محیط واکنش نشان دهند.
• خودروهای سطح 4 دارای اتوماسیون بالایی هستند که به خودرو امکان می‌دهد تا کاملاً در مناطق دارای حصار جغرافیایی حرکت کند.
• خودروهای سطح 5 دارای اتوماسیون کامل هستند و می توانند در جاده های عمومی بدون دخالت انسان رانندگی کنند.

سه سطح اول همگی نیازمند کنترل وسیله نقلیه توسط انسان در حین رانندگی هستند، در حالی که سه سطح باقیمانده نیاز به تعامل انسانی محدود یا صفر دارند. هر سطح از اتوماسیون خودرو یک نقطه عطف است، اما سطح پنج هیجان‌انگیزترین سطح است و بسیاری از شرکت‌ها برای رسیدن به آن سخت تلاش می‌کنند.

سخت افزار پشت خودروهای خودران

با کمال تعجب، محدودیت‌های سخت‌افزاری مشکل بزرگی در فضای خودروی خودران نیستند. در تئوری، تنها حسگرهایی که برای کارکرد یک ماشین خودران نیاز دارید، دوربین‌های معمولی هستند که پردازش نرم‌افزاری کارهای سنگین را انجام می‌دهد. البته، با این حال، استفاده از مجموعه ای از سنسورهای مختلف برای ارائه هرچه بیشتر داده به نرم افزار بسیار ایمن تر است.

LiDAR چگونه در اتومبیل های خودران کار می کند؟

حسگرهای تشخیص نور و محدوده یا LiDAR عمق را اندازه‌گیری می‌کنند تا یک مدل سه بعدی دقیق از محیط اطراف یک وسیله نقلیه خودران تولید کنند. این امر با انتشار میلیون ها پالس لیزر در هر ثانیه و اندازه گیری زمان لازم برای بازتاب هر پالس به دست می آید. هر چه زمان انعکاس بیشتر باشد، یک جسم از حسگر دورتر می شود.

این به یک ماشین خودران کمک می کند تا محیط خود و اشیاء اطراف را درک کند. این شامل ساختمان‌ها، افراد و حیوانات و همچنین هر چیز دیگری که وسیله نقلیه از آن عبور می‌کند نیز می‌شود. در یک روز صاف، LiDAR تمام چیزی است که یک خودرو برای حرکت در محیط‌های شلوغ شهری به آن نیاز دارد. با این حال، عملکرد آن در باران یا مه کاهش می یابد، و به همین دلیل است که خودروهای خودران نمی توانند به LiDAR به عنوان تنها نوع حسگر خود اعتماد کنند.

رادار در خودروهای خودران چگونه کار می کند؟

رادار نقشی مشابه LiDAR در وسایل نقلیه خودکار دارد. با این حال، به جای تابش لیزر، امواج رادیویی ساطع می کند و بازتاب اشیاء اطراف شما را اندازه گیری می کند. اگرچه هدف هنوز درک محیط اطراف خودرو است.

حسگرهای LiDAR وضوحی 10 برابر بیشتر از رادار دارند، اما رادار تحت تأثیر شرایط آب و هوایی بد قرار نمی‌گیرد. سنسورهای رادار نیز ارزانتر از سنسورهای LiDAR هستند.

دوربین های بصری در خودروهای خودران چگونه کار می کنند؟

شرکت‌هایی مانند Waymo گوگل از ترکیبی از LiDAR، رادار و دوربین‌های معمولی برای آرایه‌های حسگر اصلی خود استفاده می‌کنند. از سوی دیگر، تسلا تصمیم گرفته است تا به طور کامل روی دوربین های معمولی و نرم افزارهای پیشرفته برای پیمایش خودکار جاده ها سرمایه گذاری کند.

فناوری تشخیص چهره برای مدت طولانی وجود داشته است، اگرچه بیشتر در تلفن های هوشمند و راه حل های امنیتی پیشرفته استفاده می شود. با ماشین‌های خودران، هدف این است که با تشخیص اشیاء مبتنی بر یادگیری ماشینی، تشخیص ساختمان‌ها، ماشین‌ها، افراد و هر چیز دیگری در اطراف وسیله نقلیه شما، این کار را به سطح بعدی ببرید.

سایر سنسورهای خودروی خودران

رادار، LiDAR و دوربین‌های معمولی اغلب حسگرهای اصلی در خودروهای خودران هستند، اما برخی از وسایل نقلیه دارای حسگرهای بیشتری هستند. سخت افزار اضافی، مانند سنسورهای اولتراسونیک، به خودرو درک بیشتری از محیط اطراف می دهد. این امکان را برای اتومبیل های خودران فراهم می کند تا به نشانه های غیر بصری مانند صدای آژیر آمبولانس پاسخ دهند.

ماشین خودران “مغز”

خواه تسلا، وایمو یا هر سیستم خودروی خودران دیگری باشد، همه این وسایل نقلیه برای پردازش داده های ارائه شده توسط حسگرهایشان به یک کامپیوتر مرکزی یا “مغز” نیاز دارند. پلتفرم Drive AGX انویدیا یک نمونه پیشرو در این مورد است، اما برخی از خودروسازان تصمیم به توسعه این نوع فناوری در داخل خود دارند.

نرم افزار پشت خودروهای خودران

ساختن نرم افزار کاربردی خودروهای خودران یکی از بزرگترین چالش هایی است که سازندگان با آن مواجه هستند. ایجاد برنامه ای که از علامت گذاری جاده ها و داده های مکان برای دنبال کردن جاده های مدرن استفاده می کند، نسبتاً آسان است. اما اگر ماشین دیگری حرف شما را قطع کند یا حیوانی به جاده فرار کند چه اتفاقی می افتد؟

جاده ها مکان های قابل پیش بینی نیستند. نرم افزار خودروی خودران باید بتواند به مجموعه عظیمی از موقعیت های مختلف واکنش نشان دهد، که بسیاری از آنها از پیش برنامه ریزی غیرممکن است.

هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در خودروهای خودران

هوش مصنوعی هسته اصلی صنعت خودروهای خودران است. در اصل، وسایل نقلیه خودران مانند این هدفشان تقلید از مغز انسان در حین رانندگی است، به این معنی که آنها باید بتوانند بر اساس طیف وسیعی از متغیرها تصمیم بگیرند. این شامل تقاطع ها و علائم جاده ای است که بخشی از جاده هستند، همراه با وسایل نقلیه، افراد و سایر موانع که یک راننده معمولی معمولاً از آنها آگاه است.

ایجاد پایگاه‌های اطلاعاتی و الگوریتم‌هایی که همه چیز را در جاده‌ها کاملاً تشخیص می‌دهند، برای انسان‌ها بسیار وقت‌گیر خواهد بود. در عوض، سازندگانی مانند تسلا از یادگیری ماشینی برای آموزش الگوریتم‌های خود و بهبود آنها استفاده می‌کنند.

الگوریتم‌های یادگیری ماشینی که در خودروهای خودران یافت می‌شوند باید با داده‌های اولیه شروع شوند، اما بخش بزرگی از یادگیری آن‌ها در جاده‌ها انجام می‌شود. این چیزی است که آن را بسیار مهم می کند که شرکت ها بتوانند اتومبیل های خود را در جاده های واقعی آزمایش کنند، اما همچنین به این معنی است که اتومبیل های خودران فقط با بیشتر رانندگی بهتر می شوند.

عابر پیاده ای که به جاده می رود یک مورد آزمایشی خوب برای یادگیری ماشینی ماشین خودران است. خودرو در این سناریو چندین گزینه دارد. می تواند سعی کند اطراف عابر پیاده را منحرف کند، ترمز را ببندد و تلاش کند متوقف شود یا از بوق برای هشدار دادن به عابر پیاده استفاده کند. اکثر خودروهای خودران رویکردی فعال در برابر موانعی مانند این دارند و آخرین گزینه را رد می کنند.

از اینجا، باید تصمیم بگیرد که آیا بهتر است منحرف شود یا ترمز، با در نظر گرفتن مواردی مانند سرعت، مسافت، شرایط آب و هوایی و بسیاری از عوامل محیطی دیگر. برای مثال، اگر انحراف، خودرو را در مسیر ترافیک مقابل قرار دهد، احتمالاً از ترمز استفاده می کند.

ناکامی در واکنش مناسب و موفقیت در واکنش مناسب، هر دو به خودروی خودران کمک می کند تا یاد بگیرد چگونه با مشکلات مشابه در آینده برخورد کند. در حالت ایده‌آل، این داده‌ها بین خودروهای خودران به اشتراک گذاشته می‌شود تا اطمینان حاصل شود که می‌توانند با هم بهبود یابند.

سایر ابزارهای نرم افزاری خودروهای خودران

در کنار هوش مصنوعی، بسیاری از نرم افزارهای دیگر در پشت صحنه خودروهای خودران وجود دارد. سیستم‌های نقشه‌برداری GPS به ماشین کمک می‌کنند تا جاده‌ها را با دقت هدایت کند، در حالی که سیستم‌های نظارت راننده اطمینان می‌دهند که فرد پشت فرمان، حتی در حالت خودران، متمرکز است.

هر شرکت خودروی خودران رویکرد متفاوتی نسبت به نرم‌افزار دارد، و این بدان معناست که به ندرت پیش می‌آید که درباره نحوه کار ابزارهای خود صحبت کنند.

آیا خودروهای خودران ایمن هستند؟

عادلانه است که ایمنی خودروهای خودران مدرن را زیر سوال ببریم، به ویژه با فهرست رو به رشد مرگ و میر و جراحات مرتبط با رانندگی خودران. همانطور که از رواج سیستم های نظارت بر آگاهی راننده در بسیاری از خودروهای خودران می بینید، حتی سازندگان آنها نیز می دانند که هنوز کامل نیستند.

اما نکته این نیست. خودروهای خودران هنوز راه زیادی در پیش دارند. این بدان معناست که طرفداران خودروهای خودران باید کمی بیشتر منتظر بمانند تا یک وسیله نقلیه کنترل‌شده با هوش مصنوعی را که خودش رانندگی می‌کند و حتی ممکن است بتواند خودش را بازپس بگیرد، در دست بگیرند.

منبع مقاله