Zelfrijdende auto's zijn verder weg dan u denkt

Een zilveren BMW 5 Serie raast door het verkeer met een snelheid van ongeveer 120 kilometer per uur (75 mph) op een snelweg die in noordoostelijke richting door Beieren loopt tussen München en Ingolstadt. Ik zit achter het stuur en kijk naar auto's en vrachtwagens die voorbij rijden, maar ik heb het stuur, de rem of het gaspedaal al minstens 10 minuten niet aangeraakt. De BMW nadert een langzaam rijdende vrachtwagen. Om onze snelheid te behouden, activeert de auto zijn richtingaanwijzer en begint naar links te sturen, richting de inhaalstrook. Net als dat het geval is, zwenkt een andere auto van verschillende auto's achter de inhaalstrook uit. De BMW schakelt snel het signaal uit en trekt terug naar het midden van de rijstrook, wachtend tot de snel rijdende auto voorbij is voordat hij het opnieuw probeert.

Door je leven in de handen van een robotchauffeur te leggen, krijg je een zenuwslopende blik in hoe autorijden op zijn kop staat. De auto, die de afgelopen 130 jaar een pad van gestage maar langzame technologische evolutie heeft gevolgd, ligt op koers om de komende jaren drastisch te veranderen, op manieren die radicale economische, ecologische en sociale gevolgen kunnen hebben.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van november 2013

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

De eerste autonome systemen, die sturen, remmen en accelereren kunnen regelen, beginnen al in auto's te verschijnen; deze systemen vereisen dat bestuurders de weg in de gaten houden en de handen aan het stuur houden. Maar de volgende generatie, zoals het zelfrijdende prototype van BMW, zou over minder dan tien jaar beschikbaar kunnen zijn en chauffeurs gratis kunnen laten werken, sms'en of gewoon ontspannen. Ford, GM, Toyota, Nissan, Volvo en Audi hebben allemaal auto's laten zien die zelf kunnen rijden, en ze hebben allemaal verklaard dat ze binnen tien jaar een vorm van geavanceerde automatisering willen verkopen: auto's die het rijden op snelwegen of om zichzelf in een garage te parkeren. Google investeert ondertussen miljoenen in software voor autonoom rijden, en de auto's zonder bestuurder zijn de afgelopen jaren een bekend gezicht geworden op de snelwegen rond Silicon Valley.

De aantrekkingskracht van automatisering voor autobedrijven is enorm. In een fel concurrerende markt, waarin de makers van luxe auto's racen om klanten te verwennen met de nieuwste technologie, zou het commerciële zelfmoord zijn om niet zwaar te investeren in een geautomatiseerde toekomst. Het is de meest indrukwekkende ervaring die we kunnen bieden, vertelde Werner Huber, de man die verantwoordelijk is voor BMW's autonoom rijdende project, me op het hoofdkantoor van het bedrijf in München. Hij zei dat het bedrijf ernaar streeft om als een van de eersten ter wereld snelwegautonomie te introduceren.

Dankzij autonoom rijden lijkt het erop dat de weg voor ons minder verkeersongelukken zal hebben en minder files en vervuiling. Gegevens die vorig jaar zijn gepubliceerd door het Insurance Institute for Highway Safety, een Amerikaanse non-profitorganisatie die wordt gefinancierd door de auto-industrie, suggereren dat gedeeltelijk autonome functies nu al helpen om ongevallen te verminderen. De cijfers, verzameld door Amerikaanse autoverzekeraars, tonen aan dat auto's met waarschuwingssystemen voor aanrijdingen, die de bestuurder waarschuwen voor een dreigend ongeval of automatisch remmen, bij veel minder ongevallen betrokken zijn dan auto's zonder.

Een grotere autonomie zou het aantal verkeersongevallen nog verder kunnen terugdringen. De National Highway Traffic Safety Administration schat dat meer dan 90 procent van de verkeersongevallen gepaard gaat met menselijke fouten, een cijfer dat sommige experts ertoe heeft gebracht te voorspellen dat autonoom rijden het aantal ongevallen op de weg met een vergelijkbaar percentage zal verminderen. Ervan uitgaande dat de technologie alomtegenwoordig wordt en een dergelijk effect heeft, zullen de voordelen voor de samenleving enorm zijn. Volgens de American Automobile Association sterven elk jaar bijna 33.000 mensen op de wegen in de Verenigde Staten, voor een bedrag van $ 300 miljard. De Wereldgezondheidsorganisatie schat dat er wereldwijd jaarlijks meer dan 1,2 miljoen mensen op de weg overlijden.

Ondertussen suggereren demonstraties aan de Universiteit van Californië, Riverside, in 1997 en experimenten met gemodificeerde wegvoertuigen, uitgevoerd door Volvo en anderen in 2011, dat het laten rijden van voertuigen in geautomatiseerde hogesnelheidspelotons, waardoor de luchtweerstand wordt verminderd, het brandstofverbruik met 20 zou kunnen verlagen. procent. En een vorig jaar gepubliceerd technisch onderzoek concludeerde dat automatisering in theorie bijna vier keer zoveel auto's op een bepaald stuk snelweg zou kunnen laten rijden. Dat zou een deel van de 5,5 miljard uur en 2,9 miljard gallons brandstof kunnen besparen die volgens het Texas Transportation Institute elk jaar worden verspild door verkeersopstoppingen.

Als al het andere faalt, is er een grote rode knop op het dashboard die de stroom naar alle computers van de auto onderbreekt. Ik heb een paar keer geoefend om erop te slaan.

Maar dergelijke projecties hebben de neiging om over het hoofd te zien hoe uitdagend het zal zijn om een ​​auto zonder bestuurder te maken. Als autonoom rijden het vervoer drastisch wil veranderen, moet het zowel wijdverbreid als foutloos zijn. Een dergelijke complexe technologie omzetten in een commercieel product is waarschijnlijk niet eenvoudig. Het kan tientallen jaren duren voordat de technologie in prijs daalt, en het kan zelfs nog langer duren voordat het veilig genoeg werkt zodat we volledig geautomatiseerde voertuigen vertrouwen om ons rond te rijden.

Duitse techniek
Een groot deel van de hype over autonoom rijden was, niet verwonderlijk, gericht op het zelfrijdende project van Google. De auto's zijn indrukwekkend, en het bedrijf heeft ongetwijfeld de mogelijkheid van voertuigen zonder bestuurder in de verbeelding van velen geïnsinueerd. Maar ondanks al zijn expertise in het ontwikkelen van zoektechnologie en software, heeft Google geen ervaring met het bouwen van auto's. Om te begrijpen hoe autonoom rijden waarschijnlijker zal worden, is het leerzamer om te zien waar enkele van 's werelds meest geavanceerde autofabrikanten aan werken. En er zijn maar weinig plaatsen in de wereld die de auto-expertise van Duitsland kunnen evenaren, waar BMW, Audi, Mercedes-Benz en Volkswagen allemaal bezig zijn om autonoom rijden te veranderen van een onderzoeksinspanning in een haalbare optie voor hun nieuwste modellen.

Kort na aankomst in München bevond ik me op een testbaan ten noorden van de stad waar ik veiligheidsinstructies kreeg van Michael Aeberhard, een onderzoeksingenieur van BMW. Terwijl ik met een prototype van de BMW 5 Serie over een leeg stuk baan reed, zei Aeberhard dat ik mijn handen van het stuur moest halen en gaf hij toen commando's waardoor de auto uit zijn dak ging en wild uit de koers raakte. Elke keer moest ik het stuur zo snel mogelijk pakken om het gedrag te negeren. Het systeem is ontworpen om de menselijke bestuurder te dulden en de controle op te geven wanneer hij of zij het stuur beweegt of een pedaal indrukt. En als al het andere faalt, is er een grote rode knop op het dashboard die de stroom naar alle computers van de auto onderbreekt. Ik oefende een paar keer om hem te raken en ontdekte hoe moeilijk het was om de auto onder controle te houden zonder zelfs de stuurbekrachtiging. Het idee van de oefening was om me voor te bereiden op mogelijke storingen tijdens de eigenlijke testrit. Het is nog steeds een prototype, herinnerde Aeberhard me er meerdere keren aan.

Nadat ik een disclaimer had getekend, reden we naar de autobahn buiten München. Een scherm aan de passagierszijde van het dashboard toonde de wereld zoals de auto die waarneemt: drie banen, waarop een kleine geanimeerde versie van de auto is omgeven door een stel zwevende blauwe blokken, die elk overeenkomen met een nabijgelegen voertuig of een obstakel zoals een van de barrières aan weerszijden van de weg. Aeberhard vertelde me dat ik het systeem moest activeren in druk verkeer terwijl we met ongeveer 100 kilometer per uur reden. Toen ik voor het eerst op de schakelaar drukte, twijfelde ik eraan om zelfs maar mijn handen van het stuur te halen, maar nadat ik de auto talloze inhaalmanoeuvres had zien uitvoeren, merkte ik dat ik me ontspande - tot mijn verbazing - totdat ik mezelf eraan moest herinneren om aandacht te schenken aan de weg.

Van buiten zag de auto er normaal uit. Er is geen plaats op een slanke luxe sedan voor de enorme roterende laserscanners die te zien zijn op de prototypes die worden getest door Google. Dus moesten BMW en andere autofabrikanten manieren vinden om kleinere, meer beperkte sensoren in de carrosserie van een auto te stoppen zonder afbreuk te doen aan het gewicht of de styling.

Verborgen in de voor- en achterbumpers van de BMW, vegen twee laserscanners en drie radarsensoren de weg voor en achter voor alles binnen een straal van ongeveer 200 meter. Boven in de voorruit en achterruit zijn camera's ingebouwd die de wegmarkeringen volgen en verkeersborden detecteren. Bij elke zijspiegel bevinden zich groothoeklaserscanners, elk met bijna 180 graden zicht, die de weg links en rechts in de gaten houden. Vier ultrasone sensoren boven de wielen bewaken het gebied dicht bij de auto. Ten slotte weet een differentiële Global Positioning System-ontvanger, die signalen van grondstations combineert met die van satellieten, waar de auto zich bevindt, tot op enkele centimeters van de dichtstbijzijnde rijstrookmarkering.

Verschillende computers in de kofferbak van de auto voeren in een fractie van een seconde metingen en berekeningen uit en verwerken gegevens die van de sensoren binnenstromen. Software kent een waarde toe aan elke rijstrook op de weg op basis van de snelheid van de auto en het gedrag van voertuigen in de buurt. Met behulp van een probabilistische techniek die helpt om onnauwkeurigheden in sensormetingen op te heffen, beslist deze software of er naar een andere rijstrook moet worden overgeschakeld, moet worden geprobeerd de voorligger in te halen of een voertuig dat van achteren nadert uit de weg moet gaan. Commando's worden doorgegeven aan een aparte computer die het accelereren, remmen en sturen regelt. Weer een ander computersysteem monitort het gedrag van alles wat met autonoom rijden te maken heeft op tekenen van storing.

Hoewel BMW's autonoom rijden op de snelweg indrukwekkend is, is het nog jaren verwijderd van de markt. Om de meest geavanceerde autonomie te zien die nu beschikbaar is, nam ik een dag later de trein van München naar Stuttgart om een ​​bezoek te brengen aan een andere Duitse autogigant, Daimler, die eigenaar is van Mercedes-Benz. In de onderzoeks- en ontwikkelingsfaciliteit van het bedrijf ten zuidoosten van de stad, waar experimentele nieuwe modellen rondrijden bedekt met zwart materiaal om nieuwe ontwerpen en functies voor fotografen te verbergen, mocht ik rijden in waarschijnlijk de meest autonome straatauto die momenteel op de markt is: de 2014 Mercedes S-Klasse.

Een joviale veiligheidsingenieur reed me rond op een testbaan en liet zien hoe de auto zich kan vastzetten op een voorligger en deze op veilige afstand langs de weg kan volgen. Om op een constante afstand te volgen, nemen de computers van de auto niet alleen het remmen en accelereren over, zoals bij conventionele adaptieve cruisecontrol, maar ook het sturen.

Met behulp van een stereocamera, radar en een infraroodcamera kan de S-Klasse ook objecten op de weg voor u detecteren en de remmen overnemen om een ​​ongeval te voorkomen. De machinist demonstreerde dit gretig door te versnellen naar een dummy die in het midden van de baan was geplaatst. Met zo'n 80 kilometer per uur haalde hij zijn handen van het stuur en haalde zijn voet van het gaspedaal. Net toen een botsing bijna onvermijdelijk leek, maakte de auto een bijna perfecte noodstop, waarbij we ons naar voren in onze stoelen duwden, maar zichzelf tot ongeveer 30 cm voor de pop tot stilstand brachten, die een passende angstige uitdrukking uitstraalde.

Onzekere weg
Met dergelijke technologie al op de weg en prototypes zoals die van BMW in de maak, is het verleidelijk om je voor te stellen dat totale automatisering niet ver weg kan zijn. In werkelijkheid zal het tijd vergen om de sprong te maken van het soort autonomie in de Mercedes-Benz S-Klasse naar het soort in het prototype van BMW, en de droom van totale automatisering kan verrassend ongrijpbaar blijken te zijn.

Om te beginnen zijn veel van de sensoren en computers die in BMW's auto en in andere prototypes worden aangetroffen, te duur om op grote schaal te worden ingezet. En om een ​​nog completere automatisering te bereiken, zullen waarschijnlijk meer geavanceerde, duurdere sensoren en computers moeten worden gebruikt. Het draaiende laserinstrument, of LIDAR, te zien op het dak van Google's auto's, bijvoorbeeld, biedt het beste 3D-beeld van de omringende wereld, nauwkeurig tot op twee centimeter, maar wordt verkocht voor ongeveer $ 80.000. Dergelijke instrumenten zullen ook geminiaturiseerd en opnieuw ontworpen moeten worden, wat meer kosten met zich meebrengt, aangezien maar weinig auto-ontwerpers de bestaande bovenop een strak nieuw model zouden klappen.

De kosten zullen echter maar één factor zijn. Hoewel verschillende Amerikaanse staten wetten hebben aangenomen die het testen van autonome auto's op hun wegen toestaan, moet de National Highway Traffic Safety Administration nog voorschriften opstellen voor het testen en certificeren van de veiligheid en betrouwbaarheid van autonome functies. Twee belangrijke internationale verdragen, het Verdrag van Wenen inzake het wegverkeer en het Verdrag van Genève inzake het wegverkeer, moeten mogelijk worden gewijzigd voor auto's die in Europa en de Verenigde Staten worden gebruikt, aangezien in beide documenten staat dat een bestuurder volledige controle moet hebben over altijd een voertuig.

Het meest ontmoedigend zijn echter de resterende uitdagingen op het gebied van computerwetenschap en kunstmatige intelligentie. Geautomatiseerd rijden zal in eerste instantie beperkt blijven tot relatief eenvoudige situaties, vooral snelwegrijden, omdat de technologie nog steeds niet kan reageren op onzekerheden van tegenliggers, roterenden en voetgangers. En van chauffeurs wordt vrijwel zeker ook verwacht dat ze een soort van toezichthoudende rol op zich nemen, waardoor ze klaar moeten zijn om de controle weer over te nemen zodra het systeem buiten zijn comfortzone komt.

Ondanks de flitsende demo's bespeurde ik bij autofabrikanten soms de wens om op de rem te gaan en de verwachtingen te temperen.

De relatie tussen mens en robotbestuurder kan verrassend beladen zijn. Het probleem, zoals ik ontdekte tijdens mijn BMW-testrit, is dat het maar al te gemakkelijk is om de focus te verliezen en moeilijk terug te krijgen. De moeilijkheid om afgeleide bestuurders opnieuw aan te spreken is een probleem dat Bryan Reimer , een onderzoekswetenschapper in het Age Lab van MIT, heeft goed gedocumenteerd (zie Ga voorzichtig te werk met de zelfrijdende auto, mei/juni 2013). Misschien zijn de meest remmende factoren in de ontwikkeling van zelfrijdende auto's, zo suggereert hij, factoren die verband houden met de menselijke ervaring.

In een poging om dit probleem aan te pakken, denken autofabrikanten na over manieren om te voorkomen dat bestuurders te veel worden afgeleid en om ze zo soepel mogelijk weer aan het rijden te krijgen. Dit kan betekenen dat u de aandacht van chauffeurs in de gaten moet houden en ze moet waarschuwen als ze te weinig betrokken raken. De eerste generaties [zelfrijdende auto's] zullen een bestuurder nodig hebben om op bepaalde punten in te grijpen, Clifford Nass , mededirecteur van het Center for Automotive Research van Stanford University, vertelde me. Het blijkt dat dit misschien wel het gevaarlijkste moment is voor autonome voertuigen. We hebben misschien deze vreselijke ironie dat wanneer de auto autonoom rijdt, het veel veiliger is, maar vanwege het onvermogen van mensen om weer in de lus te komen, kan het uiteindelijk minder veilig zijn.

De afbeelding hierboven toont 3D-gegevens die zijn vastgelegd door het LIDAR-instrument bovenop een zelfrijdende auto van Google, waarbij kleur de hoogte vanaf de grond aangeeft. Inzet is het uitzicht vanaf de camera aan de voorzijde van de auto.

Een belangrijke uitdaging bij een systeem dat alleen rijdt, maar slechts een deel van de tijd, is dat het moet kunnen voorspellen wanneer het op het punt staat te falen, zodat de bestuurder voldoende tijd heeft om het over te nemen. Dit vermogen wordt beperkt door het bereik van de sensoren van een auto en door de inherente moeilijkheid om de uitkomst van een complexe situatie te voorspellen. Misschien is de bestuurder volledig afgeleid, zei Werner Huber. Hij heeft vijf, zes, zeven seconden nodig om terug te keren naar de rijtaak - dat betekent dat de auto [van tevoren] moet weten wanneer zijn limiet is bereikt. De uitdaging is erg groot.

Voordat ik naar Duitsland reisde, bezocht ik John Leonard, een MIT-professor die werkt aan robotnavigatie, om meer te weten te komen over de grenzen van voertuigautomatisering. Leonard leidde een van de teams die betrokken waren bij de DARPA Urban Challenge, een evenement in 2007 waarbij autonome voertuigen door nagemaakte stadsstraten racen, compleet met kruispunten met stopborden en rijdend verkeer. De uitdaging inspireerde tot nieuw onderzoek en nieuwe interesse in autonoom rijden, maar Leonard is terughoudend in zijn enthousiasme voor het commerciële traject dat autonoom rijden sindsdien heeft afgelegd. Sommige van deze fundamentele vragen, over het vertegenwoordigen van de wereld en het kunnen voorspellen wat er zou kunnen gebeuren - we kunnen nog steeds tientallen jaren achterlopen op de mens met onze machinetechnologie, vertelde hij me. Er zijn hier grote, onopgeloste, moeilijke kwesties. We moeten oppassen dat we niet overdrijven hoe goed het werkt.

Leonard suggereerde dat veel van de technologie die autonome auto's heeft geholpen bij het omgaan met complexe stedelijke omgevingen in onderzoeksprojecten - waarvan sommige tegenwoordig in de auto's van Google worden gebruikt - misschien nooit goedkoop of compact genoeg zal zijn om te worden gebruikt in commercieel beschikbare voertuigen. Dit omvat niet alleen de LIDAR, maar ook een traagheidsnavigatiesysteem, dat nauwkeurige positioneringsinformatie levert door de eigen beweging van het voertuig te volgen en de resulterende gegevens te combineren met differentiële GPS en een zeer nauwkeurige digitale kaart. Bovendien kan slecht weer de betrouwbaarheid van sensoren aanzienlijk verminderen, zei Leonard, en het is misschien niet altijd haalbaar om zwaar op een digitale kaart te vertrouwen, zoals zoveel prototypesystemen doen. Als het systeem vertrouwt op een zeer nauwkeurige eerdere kaart, dan moet het robuust zijn voor de situatie dat die kaart verkeerd is, en het werk om die kaarten up-to-date te houden, mag niet worden onderschat, zei hij.

Tegen het einde van mijn rit in het autonome prototype van BMW ontdekte ik een voorbeeld van onvolmaakte autonomie in actie. We hadden een lus gemaakt van het vliegveld en waren op weg terug naar de stad toen een Smart-auto, die een beetje grillig door het verkeer was geschoten, plotseling van rechts voor me uitzwaaide. Onze auto was in de war door zijn plotselinge en onregelmatige manoeuvre, maar bleef hem snel naderen, en met minder dan een seconde over, verloor ik mijn zenuwen en trapte ik op de rem, waardoor de auto langzamer ging rijden en hem uit de zelfrijdende modus haalde. Even later vroeg ik Aeberhard of onze auto op tijd had geremd. Het zou dichtbij zijn geweest, gaf hij toe.

Ondanks de flitsende demo's en de gedurfde plannen voor commercialisering, bespeurde ik soms bij autofabrikanten de wens om op de rem te gaan en de verwachtingen te temperen. Ralf Herttwich, hoofd van onderzoek en engineering van rijhulpsystemen bij Mercedes, legde uit dat het interpreteren van een situatie exponentieel moeilijker wordt naarmate de weg complexer wordt. Zodra u de snelweg verlaat en eenmaal de gemiddelde weg opgaat, moet de omgevingsbeleving beter worden. Jouw interpretatie van verkeerssituaties, want er zijn er zoveel meer - ze moeten beter worden, zei hij. Gewoon naar een stoplicht kijken en beslissen of dat stoplicht iets voor jou is, is een heel, heel complex probleem.

Leonard van MIT gelooft bijvoorbeeld niet dat totale autonomie op handen is. Ik verwacht niet dat er in mijn leven taxi's zullen zijn in Manhattan zonder chauffeurs, zei hij, voordat hij er snel aan toevoegde: En ik wil niet dat taxichauffeurs failliet gaan. Ze weten waar ze heen gaan, en - tenminste in Europa - ze zijn hoffelijk en veilig, en ze brengen je waar je moet zijn. Dat is een zeer waardevolle maatschappelijke rol.

Ik dacht na over de bezwaren van Leonard tijdens een bezoek aan BMW en Mercedes. Ik heb er zelfs een paar genoemd aan een taxichauffeur in München die nieuwsgierig was naar mijn reis. Hij leek verre van bezorgd. We hebben zevende zintuig - een zevende zintuig, zei hij, verwijzend naar het instinctieve verkeersbewustzijn dat een persoon opbouwt. Terwijl hij zich met indrukwekkende snelheid door het drukke verkeer sneed, vermoedde ik dat dit vermogen om behendig om te gaan met zo'n complexe en rommelige wereld nog een tijdje van pas zou kunnen komen.

zich verstoppen