Førerløse biler er lenger unna enn du tror





En sølvfarget BMW 5-serie vever gjennom trafikken i omtrent 120 kilometer i timen (75 mph) på en motorvei som skjærer nordøst gjennom Bayern mellom München og Ingolstadt. Jeg sitter i førersetet og ser på biler og lastebiler som passerer forbi, men jeg har ikke rørt rattet, bremsen eller gasspedalen på minst 10 minutter. BMW-en nærmer seg en lastebil som kjører sakte. For å opprettholde hastigheten aktiverer bilen blinklyset og begynner å styre mot venstre, mot forbikjøringsfeltet. Akkurat som den gjør, svinger en annen bil inn i forbikjøringsfeltet fra flere biler bak. BMW-en slår raskt av signalet og trekker seg tilbake til midten av kjørefeltet og venter på at bilen i fart skal passere før den prøver igjen.

Å legge livet ditt i hendene på en robotsjåfør gir et nervepirrende innblikk i hvordan kjøringen er i ferd med å bli opphevet. Bilen, som har fulgt en sti med jevn, men langsom teknologisk utvikling de siste 130 årene, er på vei til å endre seg dramatisk i løpet av de neste årene, på måter som kan ha radikale økonomiske, miljømessige og sosiale konsekvenser.

En fortelling om to stoffer

Denne historien var en del av november 2013-utgaven vår



  • Se resten av saken
  • Abonnere

De første autonome systemene, som er i stand til å kontrollere styring, bremsing og akselerasjon, begynner allerede å dukke opp i biler; disse systemene krever at sjåførene holder et øye med veien og hendene på rattet. Men neste generasjon, som BMWs selvkjørende prototype, kan være tilgjengelig om mindre enn et tiår og frigjøre sjåfører til å jobbe, sende tekstmeldinger eller bare slappe av. Ford, GM, Toyota, Nissan, Volvo og Audi har alle vist frem biler som kan kjøre selv, og de har alle erklært at de innen et tiår planlegger å selge en eller annen form for avansert automatisering – biler som kan overta kjøringen på motorveier eller å parkere seg i en garasje. Google investerer i mellomtiden millioner i programvare for autonom kjøring, og de førerløse bilene har blitt et kjent syn på motorveiene rundt Silicon Valley i løpet av de siste årene.

Tillokkelsen ved automatisering for bilselskaper er enorm. I et hardt konkurranseutsatt marked, der produsentene av luksusbiler kappløper for å gi kundene den nyeste teknologien, ville det være kommersielt selvmord å ikke investere mye i en automatisert fremtid. Det er den mest imponerende opplevelsen vi kan tilby, fortalte Werner Huber, mannen som er ansvarlig for BMWs prosjekt for autonom kjøring, til meg ved selskapets hovedkvarter i München. Han sa at selskapet har som mål å være en av de første i verden som innfører motorveiautonomi.

Takket være autonom kjøring ser det ut til at veien fremover vil ha færre trafikkulykker og mindre kø og forurensning. Data publisert i fjor av Insurance Institute for Highway Safety, en amerikansk nonprofit finansiert av bilindustrien, antyder at delvis autonome funksjoner allerede bidrar til å redusere krasj. Tallene, samlet inn fra amerikanske bilforsikringsselskaper, viser at biler med kollisjonsvarslingssystemer forover, som enten advarer sjåføren om en forestående krasj eller setter på bremsene automatisk, er involvert i langt færre krasj enn biler uten dem.



Mer omfattende autonomi kan redusere trafikkulykker ytterligere. National Highway Traffic Safety Administration anslår at mer enn 90 prosent av trafikkulykkene involverer menneskelige feil, et tall som har fått noen eksperter til å forutsi at autonom kjøring vil redusere antall ulykker på veien med en tilsvarende prosentandel. Forutsatt at teknologien blir allestedsnærværende og har en slik effekt, vil fordelene for samfunnet være enorme. Nesten 33 000 mennesker dør på veiene i USA hvert år, til en kostnad på 300 milliarder dollar, ifølge American Automobile Association. Verdens helseorganisasjon anslår at over 1,2 millioner mennesker på verdensbasis dør på veiene hvert år.

I mellomtiden antyder demonstrasjoner utført ved University of California, Riverside, i 1997 og eksperimenter med modifiserte veikjøretøyer utført av Volvo og andre i 2011 at å ha kjøretøyer som kjører i høyhastighets automatiserte platonger, og dermed redusere aerodynamisk luftmotstand, kan redusere drivstofforbruket med 20 prosent. Og en ingeniørstudie publisert i fjor konkluderte med at automatisering teoretisk kan tillate nesten fire ganger så mange biler å reise på en gitt motorveistrekning. Det kan spare noen av de 5,5 milliarder timene og 2,9 milliarder gallonene med drivstoff som Texas Transportation Institute sier blir bortkastet av trafikken hvert år.

Hvis alt annet feiler, er det en stor rød knapp på dashbordet som kobler strømmen til alle bilens datamaskiner. Jeg øvde på å slå den noen ganger.



Men slike anslag har en tendens til å overse hvor utfordrende det vil være å lage en førerløs bil. Hvis autonom kjøring skal endre transporten dramatisk, må den være både utbredt og feilfri. Å gjøre en så kompleks teknologi til et kommersielt produkt er neppe enkelt. Det kan ta flere tiår før teknologien kommer ned i kostnader, og det kan ta enda lenger tid før den fungerer sikkert nok til at vi stoler på at helautomatiske kjøretøyer kjører oss rundt.

tysk ingeniørfag
Mye av hypen om autonom kjøring har, ikke overraskende, fokusert på Googles selvkjørende prosjekt. Bilene er imponerende, og selskapet har uten tvil insinuert muligheten for førerløse kjøretøy i manges fantasi. Men på tross av all sin ekspertise innen utvikling av søketeknologi og programvare, har Google null erfaring med å bygge biler. For å forstå hvordan autonom kjøring er mer sannsynlig å dukke opp, er det mer lærerikt å se hva noen av verdens mest avanserte bilprodusenter jobber med. Og få steder i verden kan konkurrere med bilekspertisen til Tyskland, der BMW, Audi, Mercedes-Benz og Volkswagen alle er opptatt med å prøve å endre autonom kjøring fra en forskningsinnsats til et levedyktig alternativ på sine nyeste modeller.

Kort tid etter ankomst til München befant jeg meg på en testbane nord for byen og fikk sikkerhetsinstruksjoner fra Michael Aeberhard, en BMW-forskningsingeniør. Da jeg kjørte en prototype BMW 5-serie langs en tom banestrekning, ba Aeberhard meg ta hendene fra rattet og ga deretter kommandoer som fikk bilen til å gå amok og styre vilt ut av kurs. Hver gang måtte jeg ta tak i rattet så raskt jeg kunne for å overstyre oppførselen. Systemet er utformet for å vise til en menneskelig sjåfør, og gi opp kontrollen hver gang han eller hun beveger rattet eller trykker på en pedal. Og hvis alt annet feiler, er det en stor rød knapp på dashbordet som kobler strømmen til alle bilens datamaskiner. Jeg øvde på å slå den noen ganger, og oppdaget hvor vanskelig det var å kontrollere bilen uten engang servostyringen. Tanken med øvelsen var å forberede meg på potensielle feil under selve prøvekjøringen. Det er fortsatt en prototype, minnet Aeberhard meg om flere ganger.



Etter at jeg signerte en ansvarsfraskrivelse, kjørte vi til autobahn utenfor München. En skjerm festet til passasjersiden av dashbordet viste verden slik bilen oppfatter den: tre baner, hvor en liten animert versjon av bilen er omgitt av en haug med flytende blå blokker, som hver tilsvarer et nærliggende kjøretøy eller en hindring som en av bommene på hver side av veien. Aeberhard ba meg aktivere systemet i tett trafikk mens vi syklet i omtrent 100 kilometer i timen. Da jeg først trykket på bryteren, var jeg i tvil om til og med å fjerne hendene fra rattet, men etter å ha sett bilen utføre en rekke forbikjøringsmanøvrer, fant jeg meg selv avslappende – til min forbauselse – helt til jeg faktisk måtte minne meg selv på å ta hensyn til vei.

Bilen så normal ut fra utsiden. Det er ikke plass på en elegant luksussedan for de enorme roterende laserskannerne som er sett på prototypene som testes av Google. Så BMW og andre bilprodusenter har måttet finne måter å pakke mindre, mer begrensede sensorer inn i karosseriet til en bil uten at det går på bekostning av vekt eller stil.

Skjult inne i BMWs støtfangere foran og bak, feier to laserskannere og tre radarsensorer veien før og bak for alt innenfor omtrent 200 meter. Innebygd på toppen av frontruten og bakvinduet er kameraer som sporer veimerkingen og oppdager veiskilt. Nær hvert sidespeil er vidvinkellaserskannere, hver med nesten 180 graders syn, som ser på veien til venstre og høyre. Fire ultralydsensorer over hjulene overvåker området nær bilen. Endelig vet en differensial Global Positioning System-mottaker, som kombinerer signaler fra bakkebaserte stasjoner med de fra satellitter, hvor bilen er, til innen noen få centimeter fra nærmeste kjørefeltmarkering.

Flere datamaskiner inne i bilens bagasjerom utfører målinger og beregninger på et brøkdel av et sekund, og behandler data som strømmer inn fra sensorene. Programvaren tildeler en verdi til hvert felt på veien basert på bilens hastighet og oppførselen til kjøretøyer i nærheten. Ved å bruke en sannsynlighetsteknikk som hjelper til med å oppheve unøyaktigheter i sensoravlesninger, bestemmer denne programvaren om den skal bytte til et annet kjørefelt, forsøke å passere bilen foran, eller for å komme ut av veien for et kjøretøy som nærmer seg bakfra. Kommandoer videresendes til en separat datamaskin som kontrollerer akselerasjon, bremsing og styring. Nok et datasystem overvåker oppførselen til alt som er involvert i autonom kjøring for tegn på funksjonsfeil.

Selv om BMWs autonome motorveikjøring er imponerende, er den fortsatt år unna markedet. For å se den mest avanserte autonomien som er tilgjengelig nå, tok jeg en dag senere toget fra München til Stuttgart for å besøke en annen tysk bilgigant, Daimler, som eier Mercedes-Benz. Ved selskapets forsknings- og utviklingsanlegg sørøst for byen, hvor eksperimentelle nye modeller cruiser rundt dekket i svart materiale for å skjule nye design og funksjoner fra fotografer, fikk jeg kjøre i den trolig mest autonome veibilen på markedet i dag: Mercedes 2014. S-klasse.

En jovial sikkerhetsingeniør kjørte meg rundt på en testbane, og viste hvordan bilen kan låse seg på et kjøretøy foran og følge det langs veien på trygg avstand. For å følge med på konstant avstand overtar bilens datamaskiner ikke bare bremsing og akselerasjon, som med konvensjonell adaptiv cruisekontroll, men også styringen.

Ved hjelp av et stereokamera, radar og et infrarødt kamera kan S-Klasse også oppdage gjenstander på veien foran og ta kontroll over bremsene for å forhindre en ulykke. Ingeniøren demonstrerte ivrig dette ved å akselerere mot en dummy plassert i midten av banen. I rundt 80 kilometer i timen tok han hendene fra rattet og fjernet foten fra gasspedalen. Akkurat da sammenstøtet så ut til å være så godt som uunngåelig, utførte bilen en nesten perfekt nødstopp, og presset oss frem i setene, men fikk seg til å hvile omtrent en fot foran dukken, som hadde et passende skrekkslagent uttrykk.

Uviss vei
Med slik teknologi allerede på veien og prototyper som BMWs i arbeid, er det fristende å forestille seg at total automatisering ikke kan være langt unna. I virkeligheten vil det ta tid å ta spranget fra typen autonomi i Mercedes-Benz S-Klasse til typen i BMWs prototype, og drømmen om total automatisering kan vise seg å være overraskende unnvikende.

For det første er mange av sensorene og datamaskinene som finnes i BMWs bil, og i andre prototyper, for dyre til å bli distribuert bredt. Og å oppnå enda mer fullstendig automatisering vil sannsynligvis bety bruk av mer avanserte, dyrere sensorer og datamaskiner. Det spinnende laserinstrumentet, eller LIDAR, sett på taket av Googles biler, for eksempel, gir det beste 3D-bildet av verden rundt, nøyaktig ned til to centimeter, men selges for rundt 80 000 dollar. Slike instrumenter må også miniatyriseres og redesignes, noe som øker kostnadene, siden få bildesignere vil legge de eksisterende på toppen av en elegant ny modell.

Kostnaden vil imidlertid bare være én faktor. Mens flere amerikanske stater har vedtatt lover som tillater at autonome biler testes på veiene deres, har National Highway Traffic Safety Administration ennå ikke utarbeidet regler for testing og sertifisering av sikkerheten og påliteligheten til autonome funksjoner. To store internasjonale traktater, Wien-konvensjonen om veitrafikk og Genève-konvensjonen om veitrafikk, må kanskje endres for at bilene skal brukes i Europa og USA, da begge dokumentene sier at en sjåfør må ha full kontroll over et kjøretøy til enhver tid.

Mest skremmende er imidlertid de gjenværende utfordringene innen informatikk og kunstig intelligens. Automatisert kjøring vil til å begynne med være begrenset til relativt enkle situasjoner, hovedsakelig motorveikjøring, fordi teknologien fortsatt ikke kan svare på usikkerheter fra møtende trafikk, rotarier og fotgjengere. Og sjåfører vil også nesten helt sikkert forventes å påta seg en slags tilsynsrolle, som krever at de er klare til å ta tilbake kontrollen så snart systemet kommer utenfor komfortsonen.

Til tross for de prangende demoene, oppdaget jeg noen ganger blant bilprodusentene et ønske om å slå på bremsen og temperere forventningene.

Forholdet mellom menneske og robotsjåfør kan være overraskende full. Problemet, som jeg oppdaget under BMW-testkjøringen min, er at det er altfor lett å miste fokus, og vanskelig å få det tilbake. Vanskeligheten med å regne med distraherte sjåfører er et problem som Bryan Reimer , en forsker i MITs Age Lab, har godt dokumentert (se Fortsett med forsiktighet mot den selvkjørende bilen, mai/juni 2013). De kanskje mest hemmende faktorene i utviklingen av førerløse biler, foreslår han, vil være faktorer knyttet til den menneskelige opplevelsen.

I et forsøk på å løse dette problemet, tenker bilprodusenter på måter å forhindre at sjåfører blir for distrahert, og måter å bringe dem tilbake til kjøreoppgaven så jevnt som mulig. Dette kan bety å overvåke sjåførenes oppmerksomhet og varsle dem hvis de blir for uengasjerte. De første generasjonene [av autonome biler] kommer til å kreve at en sjåfør griper inn på visse punkter, Clifford Nass , meddirektør for Stanford Universitys Center for Automotive Research, fortalte meg. Det viser seg at det kan være det farligste øyeblikket for autonome kjøretøy. Vi har kanskje denne forferdelige ironien at når bilen kjører autonomt, er den mye tryggere, men på grunn av menneskers manglende evne til å komme tilbake i løkken kan den til slutt bli mindre trygg.

Bildet over viser 3D-data fanget av LIDAR-instrumentet på toppen av en selvkjørende Google-bil, der fargen indikerer høyden fra bakken. Innfelt er utsikten fra bilens frontvendte kamera.

En viktig utfordring med et system som kjører helt av seg selv, men bare noe av tiden, er at det må kunne forutse når det kan være i ferd med å feile, for å gi sjåføren nok tid til å ta over. Denne evnen er begrenset av rekkevidden til en bils sensorer og av den iboende vanskeligheten med å forutsi utfallet av en kompleks situasjon. Kanskje sjåføren er fullstendig distrahert, sa Werner Huber. Han bruker fem, seks, syv sekunder på å komme tilbake til kjøreoppgaven – det betyr at bilen må vite [på forhånd] når begrensningene er nådd. Utfordringen er veldig stor.

Før jeg reiste til Tyskland, besøkte jeg John Leonard, en MIT-professor som jobber med robotnavigasjon, for å finne ut mer om grensene for kjøretøyautomatisering. Leonard ledet et av teamene som var involvert i DARPA Urban Challenge, en begivenhet i 2007 som så autonome kjøretøyer kjøre på tvers av hånte bygater, komplett med stoppskiltkryss og trafikk i bevegelse. Utfordringen inspirerte ny forskning og ny interesse for autonom kjøring, men Leonard er behersket i sin entusiasme for den kommersielle banen som autonom kjøring har tatt siden den gang. Noen av disse grunnleggende spørsmålene, om å representere verden og være i stand til å forutsi hva som kan skje - vi kan fortsatt være tiår bak mennesker med maskinteknologien vår, fortalte han meg. Det er store, uløste, vanskelige problemer her. Vi må passe på at vi ikke overhyper hvor godt det fungerer.

Leonard antydet at mye av teknologien som har hjulpet autonome biler med å håndtere komplekse urbane miljøer i forskningsprosjekter – noen av dem brukes i Googles biler i dag – kanskje aldri er billig eller kompakt nok til å brukes i kommersielt tilgjengelige kjøretøy. Dette inkluderer ikke bare LIDAR, men også et treghetsnavigasjonssystem, som gir presis posisjonsinformasjon ved å overvåke kjøretøyets egen bevegelse og kombinere de resulterende dataene med differensiell GPS og et svært nøyaktig digitalt kart. Dessuten kan dårlig vær betydelig forringe påliteligheten til sensorer, sa Leonard, og det er kanskje ikke alltid mulig å stole tungt på et digitalt kart, som så mange prototypesystemer gjør. Hvis systemet er avhengig av et svært nøyaktig tidligere kart, må det være robust for situasjonen med at kartet er feil, og arbeidet med å holde disse kartene oppdatert bør ikke undervurderes, sa han.

Nær slutten av turen min i BMWs autonome prototype oppdaget jeg et eksempel på ufullkommen autonomi i aksjon. Vi hadde laget en sløyfe av flyplassen og var på vei tilbake mot byen da en Smart-bil, som hadde kjørt litt uberegnelig gjennom trafikken, plutselig svingte foran meg fra høyre. Forvirret av den plutselige og uregelmessige manøveren vår fortsatte bilen å nærme seg den raskt, og med mindre enn et sekund til overs mistet jeg nerven og tråkket på bremsen, bremset bilen ned og tok den ut av selvkjørende modus. Et øyeblikk senere spurte jeg Aeberhard om bilen vår ville ha bremset i tide. Det ville vært nært, innrømmet han.

Til tross for de prangende demoene og de dristige planene for kommersialisering, oppdaget jeg noen ganger blant bilprodusentene et ønske om å slå på bremsen og temperere forventningene. Ralf Herttwich, som leder forskning og utvikling av førerassistentsystemer hos Mercedes, forklarte at å tolke en situasjon blir eksponentielt vanskeligere ettersom veien blir mer kompleks. Når du forlater motorveien og når du går inn på den gjennomsnittlige veien, må miljøoppfatningen bli bedre. Din tolkning av trafikksituasjoner, fordi det er så mange flere av dem - de må bli bedre, sa han. Bare det å se på et trafikklys og bestemme om det lyskrysset er noe for deg er et veldig, veldig komplekst problem.

MITs Leonard, for en, tror ikke total autonomi er nært forestående. Jeg forventer ikke at det vil være drosjer på Manhattan uten sjåfører i løpet av livet, sa han, før han raskt la til, Og jeg vil ikke se drosjesjåfører ute av drift. De vet hvor de skal, og - i hvert fall i Europa - de er høflige og trygge, og de får deg dit du trenger å være. Det er en veldig verdifull samfunnsrolle.

Jeg grunnet på Leonards innvendinger mens jeg besøkte BMW og Mercedes. Jeg nevnte til og med noen av dem for en taxisjåfør i München som var nysgjerrig på turen min. Han virket langt fra bekymret. Vi har syvende sans — en syvende sans, sa han, og refererte til den instinktive veibevisstheten en person bygger opp. Mens han nappet gjennom den travle trafikken med imponerende fart, mistenkte jeg at denne evnen til å takle en så kompleks og rotete verden kunne vise seg nyttig en stund til.

gjemme seg