Førerløse biler er længere væk, end du tror

En sølvfarvet BMW 5-serie væver gennem trafikken med omkring 120 kilometer i timen (75 mph) på en motorvej, der skærer nordøst gennem Bayern mellem München og Ingolstadt. Jeg sidder på førersædet og ser biler og lastbiler komme forbi, men jeg har ikke rørt rattet, bremsen eller gaspedalen i mindst 10 minutter. BMW'en nærmer sig en lastbil, der kører langsomt. For at opretholde vores hastighed aktiverer bilen sit blinklys og begynder at styre mod venstre, mod den forbipasserende vognbane. Ligesom den gør, svinger en anden bil ind i den forbipasserende vognbane fra flere biler bagved. BMW'en slukker hurtigt sit signal og trækker tilbage til midten af ​​vognbanen, mens den venter på, at den hurtigkørende bil passerer, før den prøver igen.

At lægge dit liv i hænderne på en robotchauffør giver et nervepirrende indblik i, hvordan kørslen er ved at blive vendt. Bilen, som har fulgt en sti med stabil, men langsom teknologisk udvikling i de sidste 130 år, er på vej til at ændre sig dramatisk i de næste par år på måder, der kan have radikale økonomiske, miljømæssige og sociale konsekvenser.

Denne historie var en del af vores november 2013-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

De første autonome systemer, som er i stand til at styre styring, bremsning og acceleration, begynder allerede at dukke op i biler; disse systemer kræver, at chauffører holder øje med vejen og hænderne på rattet. Men den næste generation, såsom BMWs selvkørende prototype, kan være tilgængelig om mindre end et årti og frigive chauffører til at arbejde, sende sms'er eller bare slappe af. Ford, GM, Toyota, Nissan, Volvo og Audi har alle vist biler, der kan køre selv, og de har alle erklæret, at de inden for et årti planlægger at sælge en form for avanceret automatisering – biler, der kan overtage kørsel på motorveje eller at parkere sig selv i en garage. Google investerer i mellemtiden millioner i software til autonom kørsel, og dets førerløse biler er blevet et velkendt syn på motorvejene omkring Silicon Valley i løbet af de sidste mange år.

Tiltrækningen ved automatisering for bilfirmaer er enorm. På et hårdt konkurrencepræget marked, hvor producenterne af luksusbiler ræser for at forkæle kunderne med den nyeste teknologi, ville det være kommercielt selvmord ikke at investere stort i en automatiseret fremtid. Det er den mest imponerende oplevelse, vi kan tilbyde, fortalte Werner Huber, manden med ansvar for BMWs selvkørende projekt, til mig i virksomhedens hovedkvarter i München. Han sagde, at virksomheden sigter mod at være en af ​​de første i verden til at indføre motorvejsautonomi.

Takket være autonom kørsel ser vejen forude ud til at have færre trafikulykker og mindre trængsel og forurening. Data offentliggjort sidste år af Insurance Institute for Highway Safety, en amerikansk nonprofitorganisation finansieret af bilindustrien, tyder på, at delvist autonome funktioner allerede hjælper med at reducere ulykker. Dets tal, indsamlet fra amerikanske bilforsikringsselskaber, viser, at biler med fremadgående kollisionsadvarselssystemer, som enten advarer føreren om et forestående uheld eller aktiverer bremserne automatisk, er involveret i langt færre ulykker end biler uden dem.

Mere omfattende autonomi kan reducere trafikulykker yderligere. National Highway Traffic Safety Administration anslår, at mere end 90 procent af trafikulykkerne involverer menneskelige fejl, et tal, der har fået nogle eksperter til at forudsige, at autonom kørsel vil reducere antallet af ulykker på vejen med en tilsvarende procentdel. Forudsat at teknologien bliver allestedsnærværende og har en sådan effekt, vil fordelene for samfundet være enorme. Næsten 33.000 mennesker dør på vejene i USA hvert år, til en pris på 300 milliarder dollars, ifølge American Automobile Association. Verdenssundhedsorganisationen anslår, at over 1,2 millioner mennesker på verdensplan dør på vejene hvert år.

I mellemtiden tyder demonstrationer udført ved University of California, Riverside, i 1997 og eksperimenter med modificerede vejkøretøjer udført af Volvo og andre i 2011, at det at lade køretøjer køre i højhastighedsautomatiserede delinger og derved reducere det aerodynamiske luftmodstand kan sænke brændstofforbruget med 20 procent. Og en ingeniørundersøgelse offentliggjort sidste år konkluderede, at automatisering teoretisk kunne tillade næsten fire gange så mange biler at køre på en given motorvejsstrækning. Det kan spare nogle af de 5,5 milliarder timer og 2,9 milliarder gallons brændstof, som Texas Transportation Institute siger, spildes af trafikpropper hvert år.

Hvis alt andet fejler, er der en stor rød knap på instrumentbrættet, der afbryder strømmen til alle bilens computere. Jeg øvede mig i at slå den et par gange.

Men sådanne fremskrivninger har en tendens til at overse, hvor udfordrende det vil være at lave en førerløs bil. Hvis autonom kørsel skal ændre transporten dramatisk, skal den være både udbredt og fejlfri. At omdanne en så kompleks teknologi til et kommercielt produkt er usandsynligt, at det er nemt. Det kan tage årtier for teknologien at falde i omkostninger, og det kan tage endnu længere tid, før den fungerer sikkert nok til, at vi stoler på, at fuldautomatiske køretøjer kører os rundt.

tysk teknik
Meget af hypen om autonom kørsel har, ikke overraskende, fokuseret på Googles selvkørende projekt. Bilerne er imponerende, og virksomheden har uden tvivl insinueret muligheden for førerløse køretøjer i manges fantasi. Men trods al sin ekspertise inden for udvikling af søgeteknologi og -software har Google ingen erfaring med at bygge biler. For at forstå, hvordan autonom kørsel er mere tilbøjelig til at dukke op, er det mere lærerigt at se, hvad nogle af verdens mest avancerede bilproducenter arbejder på. Og få steder i verden kan konkurrere med Tysklands bilekspertise, hvor BMW, Audi, Mercedes-Benz og Volkswagen alle har travlt med at ændre autonom kørsel fra en forskningsindsats til en levedygtig mulighed på deres nyeste modeller.

Kort efter ankomsten til München befandt jeg mig på en testbane nord for byen og fik sikkerhedsinstruktioner fra Michael Aeberhard, en BMW-forskningsingeniør. Da jeg kørte en prototype af en BMW 5-serie ad en tom banestrækning, bad Aeberhard mig tage hænderne fra rattet og udstedte så kommandoer, der fik bilen til at gå amok og styre vildt ud af kurs. Hver gang måtte jeg gribe rattet så hurtigt som muligt for at tilsidesætte adfærden. Systemet er designet til at henvise til en menneskelig chauffør og opgive kontrollen, hver gang han eller hun bevæger hjulet eller trykker på en pedal. Og hvis alt andet fejler, er der en stor rød knap på instrumentbrættet, der afbryder strømmen til alle bilens computere. Jeg øvede mig i at slå den et par gange, og opdagede, hvor svært det var at styre bilen uden selv servostyringen. Ideen med øvelsen var at forberede mig på potentielle fejl under selve prøvekørslen. Det er stadig en prototype, mindede Aeberhard mig om flere gange.

Efter at jeg havde underskrevet en ansvarsfraskrivelse, kørte vi til autobahn uden for München. En skærm fastgjort til passagersiden af ​​instrumentbrættet viste verden, som bilen opfatter den: tre baner, hvor en lillebitte animeret version af bilen er omgivet af en flok flydende blå klodser, der hver svarer til et nærliggende køretøj eller til en forhindring som en af ​​barriererne på hver side af vejen. Aeberhard bad mig aktivere systemet i tæt trafik, da vi kørte med omkring 100 kilometer i timen. Da jeg først trykkede på kontakten, var jeg i tvivl om overhovedet at fjerne mine hænder fra rattet, men efter at have set bilen udføre adskillige forbikørselsmanøvrer, fandt jeg mig selv i at slappe af – til min forbløffelse – indtil jeg faktisk skulle minde mig selv om at være opmærksom på vej.

Bilen så normal ud udefra. Der er ikke plads på en slank luksussedan til de enorme roterende laserscannere, der ses på prototyperne, der testes af Google. Så BMW og andre bilproducenter har været nødt til at finde måder at pakke mindre, mere begrænsede sensorer ind i en bils krop uden at gå på kompromis med vægt eller stil.

Skjult inde i BMW'ens for- og bagkofangere fejer to laserscannere og tre radarsensorer vejen før og bagved for alt inden for omkring 200 meter. Indlejret i toppen af ​​forruden og bagruden er kameraer, der sporer vejafmærkningerne og registrerer vejskilte. I nærheden af ​​hvert sidespejl er vidvinkellaserscannere, hver med næsten 180 graders udsyn, som holder øje med vejen til venstre og højre. Fire ultralydssensorer over hjulene overvåger området tæt på bilen. Endelig ved en differentiel Global Positioning System-modtager, som kombinerer signaler fra jordbaserede stationer med dem fra satellitter, hvor bilen er, inden for få centimeter fra den nærmeste vognbanemarkering.

Flere computere inde i bilens bagagerum udfører målinger og beregninger på et splitsekund og behandler data, der strømmer ind fra sensorerne. Software tildeler en værdi til hver vejbane baseret på bilens hastighed og opførsel af nærliggende køretøjer. Ved at bruge en probabilistisk teknik, der hjælper med at udligne unøjagtigheder i sensoraflæsninger, beslutter denne software, om den skal skifte til en anden vognbane, forsøge at passere bilen foran eller komme af vejen for et køretøj, der nærmer sig bagfra. Kommandoer videresendes til en separat computer, der styrer acceleration, bremsning og styring. Endnu et computersystem overvåger adfærden for alt, der er involveret i autonom kørsel for tegn på funktionsfejl.

Selvom BMWs autonome motorvejskørsel er imponerende, er den stadig år væk fra markedet. For at se den mest avancerede autonomi, der nu er til rådighed, tog jeg en dag senere toget fra München til Stuttgart for at besøge en anden tysk bilgigant, Daimler, som ejer Mercedes-Benz. På virksomhedens forsknings- og udviklingsanlæg sydøst for byen, hvor eksperimenterende nye modeller cruiser rundt dækket af sort materiale for at skjule nye designs og funktioner fra fotografer, kom jeg til at køre i nok den mest autonome vejbil på markedet i dag: Mercedes 2014 S-klasse.

En jovial sikkerhedsingeniør kørte mig rundt på en testbane og viste, hvordan bilen kan låse fast på et forankørende køretøj og følge det langs vejen i sikker afstand. For at følge med på konstant afstand overtager bilens computere ikke kun bremsning og acceleration, som med konventionel adaptiv fartpilot, men også styringen.

Ved hjælp af et stereokamera, radar og et infrarødt kamera kan S-Klassen også spotte genstande på vejen foran og tage kontrol over bremserne for at forhindre en ulykke. Ingeniøren demonstrerede ivrigt dette ved at accelerere mod en dummy placeret i midten af ​​banen. Med omkring 80 kilometer i timen tog han hænderne fra rattet og fjernede foden fra speederen. Lige da sammenstødet så ud til at være næsten uundgåeligt, foretog bilen et næsten perfekt nødstop, og vred os frem i vores sæder, men bragte sig selv til at hvile omkring en fod foran dukken, som bar et passende skrækslagent udtryk.

Uvis vej
Med sådan teknologi allerede på vej og prototyper som BMW'er på vej, er det fristende at forestille sig, at total automatisering ikke kan være langt væk. I virkeligheden vil springet fra den slags autonomi i Mercedes-Benz S-Klasse til den slags i BMWs prototype tage tid, og drømmen om total automatisering kan vise sig at være overraskende uhåndgribelig.

For det første er mange af de sensorer og computere, der findes i BMWs bil og i andre prototyper, for dyre til at blive implementeret bredt. Og at opnå endnu mere komplet automatisering vil formentlig betyde brug af mere avancerede, dyrere sensorer og computere. Det roterende laserinstrument, eller LIDAR, som for eksempel ses på taget af Googles biler, giver det bedste 3D-billede af den omgivende verden, nøjagtigt ned til to centimeter, men sælges for omkring 80.000 dollars. Sådanne instrumenter skal også miniaturiseres og redesignes, hvilket øger omkostningerne, da kun få bildesignere ville smække de eksisterende oven på en slank ny model.

Omkostningerne vil dog kun være én faktor. Mens flere amerikanske stater har vedtaget love, der tillader selvkørende biler at blive testet på deres veje, har National Highway Traffic Safety Administration endnu ikke udarbejdet regler for test og certificering af sikkerheden og pålideligheden af ​​autonome funktioner. To store internationale traktater, Wien-konventionen om vejtrafik og Genève-konventionen om vejtrafik, skal muligvis ændres for at bilerne kan bruges i Europa og USA, da begge dokumenter angiver, at en chauffør skal have fuld kontrol over et køretøj til enhver tid.

Mest skræmmende er dog de resterende udfordringer inden for computervidenskab og kunstig intelligens. Automatiseret kørsel vil i første omgang være begrænset til relativt simple situationer, hovedsageligt motorvejskørsel, fordi teknologien stadig ikke kan reagere på usikkerheder fra modkørende trafik, roterende og fodgængere. Og chauffører vil næsten helt sikkert også forventes at påtage sig en form for tilsynsrolle, hvilket kræver, at de er klar til at gentage kontrollen, så snart systemet kommer uden for sin komfortzone.

På trods af de prangende demoer opdagede jeg nogle gange blandt bilfabrikanterne et ønske om at trykke på bremsen og temperere forventningerne.

Forholdet mellem mennesket og robotchaufføren kunne være overraskende fyldt. Problemet, som jeg opdagede under min BMW-testkørsel, er, at det er alt for nemt at miste fokus, og svært at få det tilbage. Vanskeligheden ved at regne med distraherede bilister er et problem, der Bryan Reimer , en forsker i MIT's Age Lab, har veldokumenteret (se Fortsæt med forsigtighed mod den selvkørende bil, maj/juni 2013). De måske mest hæmmende faktorer i udviklingen af ​​førerløse biler, foreslår han, vil være faktorer relateret til den menneskelige oplevelse.

I et forsøg på at løse dette problem tænker bilproducenter på måder at forhindre chauffører i at blive for distraheret, og måder at bringe dem tilbage til køreopgaven så glat som muligt. Dette kan betyde, at man overvåger bilisternes opmærksomhed og advarer dem, hvis de bliver for uengagerede. De første generationer [af selvkørende biler] vil kræve, at en chauffør griber ind på visse punkter, Clifford Nass , meddirektør for Stanford Universitys Center for Automotive Research, fortalte mig. Det viser sig, at det kan være det farligste øjeblik for autonome køretøjer. Vi har måske denne frygtelige ironi, at når bilen kører autonomt, er den meget mere sikker, men på grund af menneskers manglende evne til at komme tilbage i løkken kan den i sidste ende være mindre sikker.

Billedet ovenfor viser 3D-data optaget af LIDAR-instrumentet oven på en Google-selvkørende bil, hvor farve angiver højden fra jorden. Indsat er udsigten fra bilens frontvendte kamera.

En vigtig udfordring med et system, der kører helt af sig selv, men kun noget af tiden, er, at det skal kunne forudsige, hvornår det kan være ved at fejle, for at give chaufføren tid nok til at tage over. Denne evne er begrænset af rækkevidden af ​​en bils sensorer og af den iboende vanskelighed med at forudsige resultatet af en kompleks situation. Måske er chaufføren fuldstændig distraheret, sagde Werner Huber. Han tager fem, seks, syv sekunder på at komme tilbage til køreopgaven - det betyder, at bilen skal vide [på forhånd], når dens begrænsning er nået. Udfordringen er meget stor.

Før jeg rejste til Tyskland, besøgte jeg John Leonard, en MIT-professor, der arbejder med robotnavigation, for at finde ud af mere om grænserne for køretøjsautomatisering. Leonard stod i spidsen for et af de hold, der var involveret i DARPA Urban Challenge, en begivenhed i 2007, hvor autonome køretøjer kørte på tværs af hånte bygader, komplet med stopskilte kryds og bevægende trafik. Udfordringen inspirerede til ny forskning og ny interesse for autonom kørsel, men Leonard er behersket i sin entusiasme for den kommercielle bane, som autonom kørsel har taget siden da. Nogle af disse grundlæggende spørgsmål, om at repræsentere verden og være i stand til at forudsige, hvad der kan ske - vi kan stadig være årtier bagud mennesker med vores maskinteknologi, fortalte han mig. Der er store, uløste, vanskelige problemer her. Vi skal passe på, at vi ikke overhyper, hvor godt det virker.

Leonard foreslog, at meget af den teknologi, der har hjulpet autonome biler med at håndtere komplekse bymiljøer i forskningsprojekter - hvoraf nogle bruges i Googles biler i dag - måske aldrig er billig eller kompakt nok til at blive brugt i kommercielt tilgængelige køretøjer. Dette inkluderer ikke kun LIDAR, men også et inerti-navigationssystem, som giver præcis positionsinformation ved at overvåge køretøjets egen bevægelse og kombinere de resulterende data med differentiel GPS og et meget nøjagtigt digitalt kort. Hvad mere er, dårligt vejr kan væsentligt forringe sensorernes pålidelighed, sagde Leonard, og det er måske ikke altid muligt at stole meget på et digitalt kort, som så mange prototypesystemer gør. Hvis systemet er afhængigt af et meget nøjagtigt tidligere kort, så skal det være robust over for situationen, hvor det kort er forkert, og arbejdet med at holde disse kort opdateret bør ikke undervurderes, sagde han.

Nær slutningen af ​​min tur i BMWs autonome prototype opdagede jeg et eksempel på ufuldkommen autonomi i aktion. Vi havde lavet en løkke af lufthavnen og var på vej tilbage mod byen, da en Smart-bil, som havde fløjtet lidt uregelmæssigt gennem trafikken, pludselig svingede foran mig fra højre. Forvirret over dens pludselige og uregelmæssige manøvre blev vores bil ved med at nærme sig den hurtigt, og med mindre end et sekund til overs mistede jeg nerverne og slog bremsen, sænkede bilen farten og tog den ud af selvkørende tilstand. Et øjeblik efter spurgte jeg Aeberhard, om vores bil ville have bremset i tide. Det ville have været tæt på, indrømmede han.

På trods af de prangende demoer og de dristige planer for kommercialisering, opdagede jeg nogle gange blandt bilproducenter et ønske om at slå bremsen og temperere forventningerne. Ralf Herttwich, der leder forskning og konstruktion af førerassistentsystemer hos Mercedes, forklarede, at fortolkning af en situation bliver eksponentielt vanskeligere, efterhånden som vejen bliver mere kompleks. Når du først forlader motorvejen, og når du går ind på den gennemsnitlige vej, skal miljøopfattelsen blive bedre. Din fortolkning af trafiksituationer, fordi der er så mange flere af dem - de skal blive bedre, sagde han. Bare det at se på et lyskryds og beslutte, om det lyskryds er noget for dig, er et meget, meget komplekst problem.

MIT's Leonard mener for det første ikke, at total autonomi er nært forestående. Jeg forventer ikke, at der vil være taxaer på Manhattan uden chauffører i mit liv, sagde han, før han hurtigt tilføjede: Og jeg ønsker ikke at se taxachauffører ude af drift. De ved, hvor de skal hen, og - i det mindste i Europa - de er høflige og sikre, og de får dig derhen, hvor du skal være. Det er en meget værdifuld samfundsrolle.

Jeg overvejede Leonards indvendinger, mens jeg besøgte BMW og Mercedes. Jeg nævnte endda nogle af dem for en taxachauffør i München, som var nysgerrig efter min tur. Han virkede langt fra bekymret. Vi har syvende sans - en syvende sans, sagde han, med henvisning til den instinktive vejbevidsthed, en person opbygger. Da han nappede gennem den travle trafik med imponerende hastighed, havde jeg en mistanke om, at denne evne til at klare en så kompleks og rodet verden kunne vise sig nyttig et stykke tid endnu.

skjule