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.
