همه چیز در مورد خودروهای بدون راننده یا خودران!

اتومبیل­‌های خودران چگونه کار می­‌کنند؟ چه آتیه‌­ای برای این خودرو­ها وجود دارد؟ آیا خودران به معنای همان بدون‌راننده است؟

وسیله­‌های نقلیه­‌ی خودران، خودروها و یا کامیون­‌هایی هستند که برای کنترل و هدایت ایمن نیاز به راننده ندارند. این خودروها همچنین با نام­‌ خودروهای خودمختار و یا اتومبیل­‌های بدون‌­راننده نیز شناخته می‌شوند. اما اینکه این نام­گذاری تا چه حد درست است یا نه در ادامه مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

این­‌خودروها از سیستم­‌های نرم­‌افزاری و سنسورها، به­‌صورت مرکب استفاده می­‌کنند تا بتوانند خود را کنترل و هدایت کنند. خودروهای مذکور قادرند تا به­‌صورت خودکار و بدون نیاز به مداخله مستمر راننده خود را برانند.‌

در حال حاضر هیچ خودروی کاملاً خودکار یا به عبارت دیگر بدون‌­راننده­ای در آمریکا و سایر کشورها به­‌صورت قانونی حق تردد ندارد. اما وسیله‌­های نیمه اتوماتیک مثل خودروها و کامیون­‌هایی که دارای سطوح پایین­‌تر اتوماسیون هستند؛ -از خودروهای مرسوم که دارای ترمز اتوماتیک یا راهنمای تعیین خطوط یا کروزکنترل هستند گرفته تا نمونه‌­های اولیه خودروهای خودران- حق تردد در معابر عمومی را دارند.

خودروهای خودران بسیاری در حال توسعه هستند و از تکنولوژی­‌های مشابهی استفاده می­‌کنند. اما همه این خودروها مشابه هم نیستند و هرکدام در سطح خاصی از اتوماسیون قرار دارند. خوشبختانه گروهی از مهندسان و کارشناسان فنی یک راهنما از سطوح خودمختاری و اتوماسیون اتومبیل­‌های آینده تهیه کرده‌ و در اختیار عموم قرار داده‌­اند. این راهنما مبتنی بر 6 سطح مختلف است که باعث رفع ابهام و از بین رفتن سردرگمی در زمینه میزان اتوماسیون و خودمختاری انواع خودروها می­‌شود که یک مرجع قابل اتکا و مشخص برای استفاده در زمینه مهندسی و طراحی، تبیین قانون، رسانه‌ها و بحث‌‌های عمومی بین افراد خواهد بود. در ادامه این طبقه­‌بندی را بررسی می­‌کنیم:

سطوح اتوماسیون خودروها

خودروهای مختلف سطوح مختلفی از رانندگی خودکار و اتوماتیک را ارائه می­‍‍‌دهند که بین محققان، مهندسان و شرکت­‌های خودروسازی -و احتمالاً در آینده­‌ای نه‌­چندان دور در قوانین تبیین­‌شده- معمولا بین سطوح 0 تا 5 رده‌­بندی می­‌شوند که در ادامه این 6 رده‌­بندی را مرور می­‌کنیم:

سطح صفر : (غیر اتوماتیک)- تمام بخش‌­های اصلی سیستم توسط انسان کنترل می‌­شوند.

این خودروها به هیچ­ وجه اتوماتیک نیستند و تمام وظایف رانندگی بر عهده راننده خواهد بود.

سطح یک : (کمک به راننده)- در سطح یک سیستم‌­های خاص کمک به راننده که فقط به‌­صورت “یک سیستم در زمان واحد” می­‌توانند توسط خودرو کنترل شوند و مورد استفاده قرار بگیرند. سیستم­‌هایی همانند کروزکنترل یا سیستم ترمز اتوماتیک.

لازم به ذکر است که سطح یک شامل عامل انسانی و کامپیوتری است که این دو عامل باهم عمل می­‌کنند؛ در حالی­‌که بخش اعظم کار برعهده راننده است و سیستم کامپیوتری فقط از پس استفاده از یک تابع اتوماتیک ساده در یک زمان مشخص برمی‌­آید. این سطح از اتوماسیون بسیاری از خودروهای موجود در خیابان­‌ها را شامل می­‌شود که دارای سیستم­‌های کمک به راننده (driver assistance) هستند.

سطح دو : (اتوماسیون جزئی)- همه چیز از این سطح به بعد تازه رنگ و بوی جدی به خود می­‌گیرد. خودروهای قرارگرفته در این سطح به‌طور هم­زمان از عهده حداقل 2 عملکرد اتوماتیک در شرایط خاص برمی‌­آیند. مثل تغییر جهت و ترمزگیری همزمان که توسط یک یا چند سیستم کمک به راننده انجام می­‌گیرد. اما همچنان به ”حضور مستمر راننده” جهت تضمین عملیات ایمن و انجام سایر وظایف رانندگی نیاز است. به­ عنوان مثال در برخی خودروها در صورت برداشتن دست از روی فرمان برای مدت بیشتر از 5 ثانیه، به‌وسیله آژیر یا ویبره به راننده هشدار داده می­‌شود. در برخی خودروها نیز با استفاده از سنسور مادون‌­قرمز یا دوربین میزان توجه راننده به مسیر همواره مورد بررسی قرار می­‌گیرد.

سطح سه : (اتوماسیون جزئی)- خودروهایی که در این سطح قرار می­‌گیرند قادر هستند تا تمام وظایف رانندگی و فعالیت­‌های ایمنی و بحرانی خودرو را در “شرایط خاص” به صورت خودکار و بدون دخالت راننده انجام داده و مدیریت کنند، اما نیازمند این هستند که همواره راننده آماده باشد تا در مواقع بحرانی که خودرو نمی­‌تواند از پس انجام وظایف رانندگی بربیاید، با دریافت هشدار، کنترل خودرو را بر عهده بگیرد.

خودروهای قرارگرفته در سطح سه و بالاتر جزء خودروهای دارای “سیستم رانندگی اتوماتیک” یا خودران در نظر گرفته می­‌شوند. تفاوت اساسی خودروهای این سطح با خودروهای سطوح پایین‌­تر این است که این خودروها قادر هستند تا محیط اطراف خودشان را تحت‌­نظر و مورد بررسی قرار دهند و تصمیم‌­گیری کنند. برای نمونه یک خودروی سطح سوم توانایی این را دارد که وسیله نقلیه­‌ای که در جلویش آرام حرکت می­‌کند را ببیند و تصمیم بگیرد که از آن سبقت بگیرد. همانطور که اشاره کردیم در این­گونه خودروها نیاز است تا یک راننده حاضر باشد تا در صورتی که کارها به‌­درستی پیش نرود در کار رانندگی مداخله نماید.

سطح چهار: (اتوماسیون بالا)- خودروهایی که در این سطح قرار می‌­گیرند در “بعضی از سناریوهای رانندگی”، به‌­طور کامل به­‌صورت خودکار عمل ­می­‌نمایند و در این شرایط نیاز به راننده برای مداخله در تصمیم­‌گیری ندارند. خودروهای این سطح رانندگی خودکار مناسب و با کیفیت بالا و پویا را به­‌نمایش می‌­گذارند و در مواقعی که نیاز به مداخله راننده باشد و راننده نتواند واکنش مناسبی را نشان دهد خودرو خودش تصمیم‌­گیری کرده و واکنش مناسب را ارائه خواهد داد.

البته این خودرو ها در تمامی شرایط به تنهایی قادر به انجام  تمام وظایف رانندگی نیستند. مثلا در سناریو رانندگی در یک جاده خاکی که در نقشه‌ها وجود ندارد و زیر ساخت‌های لازم را ندارد این خودروها نیازمند حضور راننده هستند.

سطح پنج: (اتوماسیون کامل)- خودروهای سطح پنجم به طور کامل توانایی رانندگی خودکار در تمام شرایط و موقعیت­‌ها را دارند. این سطح از اتوماسیون خودروها به معنای واقعی معرف یک خودروی “بدون راننده” است.

در این سطح از اتوماسیون شاهد خودروهایی خواهیم بود که هیچ پدال و فرمانی نداشته و نیازمند هیچ‌­گونه کنترل توسط عوامل انسانی نخواهند بود.

شرکت‌های بزرگی هم‌­اکنون در حال کارکردن بر روی این نمونه­ خودروها هستند. برای مثال گوگل توسط شرکت تابعه­‌ خود یعنی Waymo هم­‌اکنون روی تولید خودروهایی در این سطح فعالیت می­‌کند. تصاویر منتشر شده از خودرو‌های کانسپت (مفهومی) شرکت‌های دیگر هم بیانگر این است که این شرکت‌ها نیز رویای خودروهای بدون راننده را در سر می­‌پروانند برای مثال: خودروی مفهومی بدون راننده‌­ Mercedes-Benz دارای صندلی‌­هایی است که رو به روی هم قرار دارند:

رویای بدون راننده‌ی Bently به صورت یک پیش­‌خدمت انتزاعی در داخل خودرو ظهور پیدا کرده:

و در طرح­‌های Rolls-Royce کاناپه­‌ای دیده می‌­شود که مقابلش یک تلویزیون بزرگ -در محل نشستن معمول راننده- قرار دارد:

گرچه واقعاً باید اذعان داشت که با توجه به نبود زیرساخت­‌های لازم و شرایط نامناسب و عدم پیشرفت کافی تکنولوژی در حد و اندازه­‌های مورد نیاز و همچنین نبود قوانین لازم برای تردد و عبور و مرور این خودروها، در شرایط کنونی سخت است که انتظار داشته باشیم در آینده‌­ای خیلی نزدیک چنین خودروهایی را در بازار ببینیم. با این حال شرکت­‌هایی مثل گوگل، فورد و تسلا وعده­‌ رونمایی از خودرو­های بدون رانندشان را تا سال­های 2020 و 2021 داده­‌اند. به هر حال، همین حالا نیز معرفی خودرو‌های خودران در سطح 3 نقطه عطفی در صنعت خودروسازی است و این خودروها می­‌توانند مسیر را برای ورود خودروهای خودران با سطح اتوماسیون بالاتر هموارتر کنند.

بعد از آشنا شدن با سطوح مختلف اتوماسیون در خودروها حال خواهیم دید که اساس کار این خودروها چیست.

خودروهای خودران چگونه کار می­‌کنند؟

تکنولوژی­‌های مختلفی توسط شرکت­های Google, Uber,Tesla,Nissan,Audi و دیگر شرکت‌های بزرگ خودروسازی، تحقیقاتی و تکنولوژیک در زمینه خودروهای خودران توسعه پیدا کرده و معرفی شده‌­اند.

اگرچه جزئیات طراحی شرکت­‌های مختلف با هم متفاوت است اما بیشتر سیستم­‌های خودران مبتنی بر تولید و ذخیره یک نقشه سه بعدی داخلی و مجازی از محیط اطراف خودرو با استفاده از انواع و اقسام سنسورها مانند رادار هستند که این نقشه تولیدی به ناوبری خودرو کمک می­‌کند. برای مثال نمونه اولیه خودران شرکت Uber از 64  لیزر در کنار دیگر سنسورها استفاده می­‌کند تا نقشه مجازی مورد نظر خود را بسازد. یا به عنوان مثالی دیگر در نمونه­‌های اولیه­‌ Google از لیزر­ها، رادارها، دوربین­‌های قدرتمند و ناوبر­های صوتی برای انجام نقشه برداری مذکور استفاده شده است.نرم افزارهای موجود در این خودرو­ها اطلاعات ورودی از سنسور­ها و قطعه مسیر­های مجازی ساخته شده را پردازش و دستورالعمل­‌های لازمه را به محرک‌­های خودرو ارسال می­‌کنند­. محرک­‌های خودرو نیز اعمالی از قبیل گاز دادن و شتاب­‌گیری­، ترمزگیری و چرخش فرمان را برعهده دارند.

استفاده از دستورات دقیق و قاطع، الگوریتم­‌های اجتناب از موانع، پیش‌­بینی با مدلسازی و سیستم هوشمند تمییز اشیا (سیستمی که ماهیت اشیاء را مشخص می‌­کند. برای مثال تفاوت موتور سیکلت و دوچرخه را تشخیص می­‌دهد) به نرم‌­افزار کمک می­‌کند تا از قوانین و علائم راهنمایی و رانندگی اطاعت کند و از عهده هدایت صحیح خودرو بربیاید.

یکی دیگر از ویژگی­‌هایی مهم و جالب که می­‌تواند یک خودروی خودران را از دیگر خودرو­های این رده متمایز سازد قابلیت برقراری ارتباط با خودرو­های دیگر یا زیر ساخت­‌ها و عوامل محیطی موجود مانند چراغ‌های­ راهنمایی نسل بعد است­. که البته اکثر نمونه­‌های معرفی شده فاقد این قابلیت هستند.

تأثیرات این خودرو ها

اررش‌­ها و مزایای خودرو­های خودران و بدون‌­راننده در حال حاضر درحد گمانه­‌زنی هستند. برای ارزیابی تأثیرات این خودروها بر اقتصاد­، عدالت اجتماعی­، عوامل زیست­‌محیطی و سلامت عمومی نیاز به اطلاعات بیشتری است.

ایمنی یکی از نگرانی‌­های عمده در این زمینه ­است­. هزاران نفر هرساله در اثر حوادث رانندگی در کشورهای مختلف کشته می­‌شوند. پیش‌­بینی‌­ها حاکی از آن هستند که ورود خودرو­های هوشمند و خودران می­‌توانند سبب کاهش این آمار شود. چرا که نرم افزار­ها ثابت کرده‌­اند که به‌نسبت ­عوامل انسانی مستعد خطا­ی کمتری هستند­. اگرچه مسئله امنیت سایبری هم به‌عنوان یک نگرانی اصلی و عمده هنوز­ پابرجاست.

عدالت اجتماعی نیز مسئله‌­ی قابل تأمل دیگریست که باید در نظر گرفته شود. فناوری رانندگی خودکار می­‌تواند به آحاد مردمی که نمی­‌توانند رانندگی کنند نظیر سالمندان و معلولان کمک کند­. اما توسعه­­ گسترده­ و بدون برنامه‌ این خودرو­ها می‌تواند بسیاری از افراد که به‌عنوان راننده استخدام شده‌­اند را از کار برکنار کند­. همچنین می­‌تواند باعث ایجاد تأثیرات منفی بر روی بودجه­‌ حمل­‌ونقل عمومی شود و مشکلات فعلی سیستم حمل­‌و­نقل عمومی را همیشگی کند.

تاثیرات زیست‌­محیطی نیز یکی از نگرانی­‌های جدی و غیر قابل انکار است­ و نیاز به توجه ویژه‌ای دارد. گسترش این تکنولوژی دردسترس، مقرون به صرفه و راحت می­‌تواند باعث افزایش تعداد و مسافت رفت­‌و­آمد­ها شود. حال اگر موتور تمامی این خودرو­ها با سوخت­‌های فسیلی کارکنند شاخص­‌های آلایندگی زیست­‌محیطی مربوط به حمل­‌و­نقل به‌صورت تصاعدی بالا خواهد رفت. اما این فقط یک روی سکه است، فرض کنید اگر موتور­های این خودرو­ها از نوع الکتریکی به‌همراه زیر­ساخت­‌های شبکه برق‌­رسانی پاک باشند میزان شاخص آلایندگی­‌ها پایین خواهد آمد. با این شرایط اگر از این خودرو­های بدون­‌راننده پاک در شرکت­‌های اشتراک خودرو استفاده شود میزان آلودگی زیست­‌محیطی بسیار کمتر خواهد شد.

نتیجه

به هر­حال مطالعات و عملیات لازم در زمینه توسعه تکنولوژی و مبادی قانونی و تأمین زیرساخت­‌های لازم برای حضور این خودرو­ها در حال اجراست­. در هرصورت، قبل از رسیدن به خودروهای بدون راننده، نیاز است که خودروهای خودران کامل و بدون نقصی داشته باشیم که امتحانشان را از همه لحاظ پس بدهند تا به تدریج عرصه برای ظهور خودروهای بدون راننده فراهم شود. در حال حاضر خودروهای خودران کم و بیش در خیابان­‌های بعضی کشورها درحال تست شدن هستند. پس کم کم می‌توان انتظار داشت که گام بعدی ورود خودروهای بدون راننده -به معنای واقعی- باشد.