Förarlösa bilar är längre bort än du tror

En silverfärgad BMW 5-serie väver genom trafik i ungefär 120 kilometer i timmen (75 mph) på en motorväg som skär nordost genom Bayern mellan München och Ingolstadt. Jag sitter i förarsätet och ser bilar och lastbilar passera, men jag har inte rört ratten, bromsen eller gaspedalen på minst 10 minuter. BMW:n närmar sig en lastbil som rör sig långsamt. För att hålla vår hastighet aktiverar bilen sin blinkers och börjar styra åt vänster, mot förbipasserande fil. Precis som den gör svänger en annan bil in i förbipasserande körfält från flera bilar bakom. BMW:n stänger snabbt av signalen och drar tillbaka till mitten av filen i väntan på att den fortkörande bilen ska passera innan den försöker igen.

Att lägga ditt liv i händerna på en robotchaufför ger en nervös inblick i hur körningen är på väg att vända. Bilen, som har följt en väg av stadig men långsam teknisk utveckling under de senaste 130 åren, är på väg att förändras dramatiskt under de närmaste åren, på sätt som kan få radikala ekonomiska, miljömässiga och sociala konsekvenser.

Den här historien var en del av vårt novembernummer 2013

• Se resten av frågan
• Prenumerera

De första autonoma systemen, som kan kontrollera styrning, bromsning och acceleration, börjar redan dyka upp i bilar; dessa system kräver att förarna håller ett öga på vägen och händerna på ratten. Men nästa generation, som BMW:s självkörande prototyp, kan vara tillgänglig om mindre än ett decennium och frigöra förare att arbeta, sms:a eller bara koppla av. Ford, GM, Toyota, Nissan, Volvo och Audi har alla visat upp bilar som kan köra sig själva, och de har alla deklarerat att de inom ett decennium planerar att sälja någon form av avancerad automation – bilar som kan ta över körningen på motorvägar eller att parkera sig i ett garage. Google investerar samtidigt miljoner i programvara för autonom körning, och dess förarlösa bilar har blivit en välbekant syn på motorvägarna runt Silicon Valley under de senaste åren.

Lockelsen med automatisering för bilföretag är enorm. På en hårt konkurrensutsatt marknad, där tillverkarna av lyxbilar tävlar för att skämma bort kunderna med den senaste tekniken, skulle det vara kommersiellt självmord att inte investera stort i en automatiserad framtid. Det är den mest imponerande upplevelsen vi kan erbjuda, berättade Werner Huber, mannen som ansvarar för BMW:s självkörande projekt, till mig vid företagets huvudkontor i München. Han sa att företaget siktar på att vara ett av de första i världen att införa motorvägsautonomi.

Tack vare autonom körning verkar vägen framför sannolikt ha färre trafikolyckor och mindre trängsel och föroreningar. Data som publicerades förra året av Insurance Institute for Highway Safety, en amerikansk ideell organisation finansierad av bilindustrin, tyder på att delvis autonoma funktioner redan hjälper till att minska krascher. Dess siffror, insamlade från amerikanska bilförsäkringsbolag, visar att bilar med kollisionsvarningssystem, som antingen varnar föraren om en förestående krock eller bromsar automatiskt, är inblandade i mycket färre krockar än bilar utan dem.

Mer omfattande autonomi skulle kunna minska trafikolyckorna ytterligare. National Highway Traffic Safety Administration uppskattar att mer än 90 procent av trafikolyckorna involverar mänskliga fel, en siffra som har fått vissa experter att förutsäga att autonom körning kommer att minska antalet olyckor på vägen med en liknande procentandel. Förutsatt att tekniken blir allestädes närvarande och har en sådan effekt, kommer fördelarna för samhället att bli enorma. Nästan 33 000 människor dör på vägarna i USA varje år, till en kostnad av 300 miljarder dollar, enligt American Automobile Association. Världshälsoorganisationen uppskattar att över 1,2 miljoner människor i världen dör på vägarna varje år.

Samtidigt tyder demonstrationer som genomfördes vid University of California, Riverside, 1997 och experiment som involverade modifierade vägfordon utförda av Volvo och andra 2011 att om fordon färdas i höghastighetsautomatiserade plutoner, och därigenom minskar det aerodynamiska motståndet, kan bränsleförbrukningen sänkas med 20 procent. Och en ingenjörsstudie som publicerades förra året drog slutsatsen att automatisering teoretiskt sett kan tillåta nästan fyra gånger så många bilar att färdas på en viss motorväg. Det kan spara några av de 5,5 miljarder timmar och 2,9 miljarder liter bränsle som Texas Transportation Institute säger slösas bort av trafikstockningar varje år.

Om allt annat misslyckas finns det en stor röd knapp på instrumentbrädan som bryter strömmen till alla bilens datorer. Jag tränade på att slå den några gånger.

Men sådana prognoser tenderar att förbise hur utmanande det kommer att vara att göra en förarlös bil. Om autonom körning ska förändra transporterna dramatiskt måste den vara både utbredd och felfri. Att förvandla en så komplex teknik till en kommersiell produkt är osannolikt enkelt. Det kan ta årtionden för tekniken att sjunka i kostnad, och det kan ta ännu längre tid för den att fungera tillräckligt säkert för att vi litar på att helautomatiska fordon kör oss runt.

tysk ingenjörskonst
Mycket av hypen om autonom körning har, föga förvånande, fokuserat på Googles självkörande projekt. Bilarna är imponerande, och företaget har utan tvekan insinuerat möjligheten med förarlösa fordon i mångas fantasi. Men trots all sin expertis inom utveckling av sökteknik och programvara har Google noll erfarenhet av att bygga bilar. För att förstå hur det är mer sannolikt att autonom körning kommer att dyka upp är det mer lärorikt att se vad några av världens mest avancerade biltillverkare arbetar med. Och få platser i världen kan konkurrera med Tysklands fordonsexpertis, där BMW, Audi, Mercedes-Benz och Volkswagen alla är upptagna med att försöka ändra autonom körning från en forskningsinsats till ett hållbart alternativ på sina nyaste modeller.

Strax efter ankomsten till München befann jag mig på en testbana norr om staden och fick säkerhetsinstruktioner av Michael Aeberhard, en BMW-forskningsingenjör. När jag körde en prototyp av BMW 5-serien längs en tom bana sa Aeberhard till mig att ta händerna från ratten och utfärdade sedan kommandon som fick bilen att gå amok och styra vilt ur kurs. Varje gång var jag tvungen att ta tag i ratten så snabbt jag kunde för att åsidosätta beteendet. Systemet är utformat för att hänvisa till en mänsklig förare och ge upp kontrollen när han eller hon rör på ratten eller trycker på en pedal. Och om allt annat misslyckas finns det en stor röd knapp på instrumentbrädan som bryter strömmen till alla bilens datorer. Jag övade på att slå den några gånger och upptäckte hur svårt det var att kontrollera bilen utan ens servostyrningen. Tanken med övningen var att förbereda mig på potentiella fel under själva provkörningen. Det är fortfarande en prototyp, påminde Aeberhard mig flera gånger.

Efter att jag skrivit på en ansvarsfriskrivning körde vi till autobahn utanför München. En skärm fäst på passagerarsidan av instrumentbrädan visade världen som bilen uppfattar den: tre körfält, på vilka en liten animerad version av bilen är omgiven av ett gäng flytande blå block, som var och en motsvarar ett närliggande fordon eller en hinder som en av bommarna på var sida om vägen. Aeberhard sa åt mig att aktivera systemet i tät trafik när vi åkte i cirka 100 kilometer i timmen. När jag först tryckte på strömbrytaren var jag tveksam till att ens ta bort händerna från ratten, men efter att ha sett bilen utföra många förbipasserande manövrar, fann jag mig själv slappna av – till min förvåning – tills jag faktiskt var tvungen att påminna mig själv om att vara uppmärksam på väg.

Bilen såg normal ut från utsidan. Det finns ingen plats på en elegant lyxsedan för de enorma roterande laserskannrarna som finns på prototyperna som testas av Google. Så BMW och andra biltillverkare har varit tvungna att hitta sätt att packa in mindre, mer begränsade sensorer i karossen på en bil utan att kompromissa med vikt eller stil.

Gömda inuti BMW:s främre och bakre stötfångare, två laserskannrar och tre radarsensorer sveper vägen före och bakom allt inom cirka 200 meter. Inbäddade överst på vindrutan och bakrutan finns kameror som spårar vägmarkeringarna och upptäcker vägskyltar. Nära varje sidospegel finns vidvinkellaserskannrar, var och en med nästan 180 graders sikt, som tittar på vägen till vänster och höger. Fyra ultraljudssensorer ovanför hjulen övervakar området nära bilen. Slutligen vet en differentiell Global Positioning System-mottagare, som kombinerar signaler från markbaserade stationer med de från satelliter, var bilen är, till inom några centimeter från närmaste körfältsmarkering.

Flera datorer inuti bilens bagageutrymme utför mätningar och beräkningar på en del av en sekund och bearbetar data som strömmar in från sensorerna. Programvaran tilldelar ett värde till varje fil på vägen baserat på bilens hastighet och beteendet hos närliggande fordon. Med hjälp av en probabilistisk teknik som hjälper till att eliminera felaktigheter i sensoravläsningar, bestämmer den här programvaran om den ska byta till ett annat körfält, försöka passera bilen framför eller för att komma ur vägen för ett fordon som närmar sig bakifrån. Kommandon vidarebefordras till en separat dator som styr acceleration, bromsning och styrning. Ytterligare ett datorsystem övervakar beteendet hos allt som är inblandat med autonom körning efter tecken på fel.

Även om BMW:s autonoma motorvägskörning är imponerande, är den fortfarande år borta från marknaden. För att se den mest avancerade autonomin som finns nu, tog jag en dag senare tåget från München till Stuttgart för att besöka en annan tysk biljätte, Daimler, som äger Mercedes-Benz. På företagets forsknings- och utvecklingsanläggning sydost om staden, där experimentella nya modeller kryssar runt täckta av svart material för att dölja nya mönster och funktioner från fotografer, fick jag åka i den förmodligen mest autonoma vägbilen på marknaden idag: 2014 års Mercedes. S-klass.

En gemytlig säkerhetsingenjör körde mig runt en testbana och visade hur bilen kan låsa sig på ett framförvarande fordon och följa det längs vägen på säkert avstånd. För att följa med på ett konstant avstånd tar bilens datorer över inte bara bromsning och acceleration, som med konventionell adaptiv farthållare, utan också styrningen.

Med hjälp av en stereokamera, radar och en infraröd kamera kan S-Klass också upptäcka föremål på vägen framför och ta kontroll över bromsarna för att förhindra en olycka. Ingenjören visade ivrigt detta genom att accelerera mot en dummy placerad i mitten av banan. I cirka 80 kilometer i timmen tog han händerna från ratten och tog bort foten från gaspedalen. Precis när kollisionen verkade så gott som oundviklig gjorde bilen ett nästan perfekt nödstopp, vred oss ​​framåt i våra säten men fick sig att vila ungefär en fot framför dockan, som bar ett lagom skräckslaget uttryck.

Osäker väg
Med sådan teknik redan på väg och prototyper som BMWs på gång, är det frestande att föreställa sig att total automatisering inte kan vara långt borta. I verkligheten kommer det att ta tid att ta steget från typen av autonomi i Mercedes-Benz S-klass till typen i BMW:s prototyp, och drömmen om total automation kan visa sig vara förvånansvärt svårfångad.

Dels är många av de sensorer och datorer som finns i BMW:s bil, och i andra prototyper, för dyra för att kunna användas brett. Och att uppnå ännu mer komplett automatisering kommer förmodligen att innebära att man använder mer avancerade, dyrare sensorer och datorer. Det snurrande laserinstrumentet, eller LIDAR, sett på taket av Googles bilar, till exempel, ger den bästa 3D-bilden av omvärlden, exakt ner till två centimeter, men säljs för cirka 80 000 USD. Sådana instrument kommer också att behöva miniatyriseras och designas om, vilket ökar kostnader, eftersom få bildesigners skulle lägga de befintliga ovanpå en snygg ny modell.

Kostnaden kommer dock bara att vara en faktor. Medan flera amerikanska delstater har antagit lagar som tillåter att autonoma bilar testas på deras vägar, har National Highway Traffic Safety Administration ännu inte utarbetat bestämmelser för att testa och certifiera säkerheten och tillförlitligheten hos autonoma funktioner. Två stora internationella fördrag, Wienkonventionen om vägtrafik och Genèvekonventionen om vägtrafik, kan behöva ändras för att bilarna ska kunna användas i Europa och USA, eftersom båda dokumenten säger att en förare måste ha full kontroll över ett fordon hela tiden.

Mest skrämmande är dock de återstående utmaningarna inom datavetenskap och artificiell intelligens. Automatiserad körning kommer till en början att vara begränsad till relativt enkla situationer, främst motorvägskörning, eftersom tekniken fortfarande inte kan svara på osäkerheter från mötande trafik, rotarbilar och fotgängare. Och förare kommer också nästan säkert att förväntas ta på sig någon slags övervakande roll, vilket kräver att de är redo att återta kontrollen så snart systemet kommer utanför sin komfortzon.

Trots de flashiga demonerna upptäckte jag ibland bland biltillverkarna en önskan om att bromsa och temperera förväntningarna.

Relationen mellan människa och robotförare kan vara förvånansvärt fylld. Problemet, som jag upptäckte under min BMW-provkörning, är att det är för lätt att tappa fokus och svårt att få tillbaka det. Svårigheten att regna på distraherade förare är ett problem som Bryan Reimer , en forskare vid MIT:s Age Lab, har väl dokumenterat (se Fortsätt med försiktighet mot den självkörande bilen, maj/juni 2013). De kanske mest hämmande faktorerna i utvecklingen av förarlösa bilar, föreslår han, kommer att vara faktorer relaterade till den mänskliga upplevelsen.

I ett försök att lösa detta problem funderar biltillverkarna på sätt att förhindra att förare blir för distraherade, och sätt att föra dem tillbaka till köruppgiften så smidigt som möjligt. Detta kan innebära att man övervakar förarnas uppmärksamhet och varnar dem om de blir för oengagerade. De första generationerna [av autonoma bilar] kommer att kräva att en förare ingriper vid vissa tillfällen, Clifford Nass , meddirektör för Stanford Universitys Center for Automotive Research, berättade för mig. Det visar sig att det kan vara det farligaste ögonblicket för autonoma fordon. Vi kan ha denna fruktansvärda ironi att när bilen kör autonomt är den mycket säkrare, men på grund av människors oförmåga att komma tillbaka i slingan kan den i slutändan bli mindre säker.

Bilden ovan visar 3D-data som fångats av LIDAR-instrumentet ovanpå en Googles självkörande bil, där färg indikerar höjd från marken. Infälld är vyn från bilens frontkamera.

En viktig utmaning med ett system som kör helt själv, men bara en del av tiden, är att det måste kunna förutse när det kan vara på väg att misslyckas, för att ge föraren tillräckligt med tid att ta över. Denna förmåga begränsas av räckvidden för en bils sensorer och av den inneboende svårigheten att förutsäga resultatet av en komplex situation. Kanske är föraren helt distraherad, sa Werner Huber. Han tar fem, sex, sju sekunder på sig att komma tillbaka till köruppgiften – det betyder att bilen måste veta [i förväg] när dess begränsning är nådd. Utmaningen är väldigt stor.

Innan jag reste till Tyskland besökte jag John Leonard, en MIT-professor som arbetar med robotnavigering, för att ta reda på mer om gränserna för fordonsautomatisering. Leonard ledde ett av teamen som var inblandade i DARPA Urban Challenge, ett evenemang 2007 som såg autonoma fordon köra över hånade stadsgator, komplett med stoppskyltar och rörlig trafik. Utmaningen inspirerade till ny forskning och nytt intresse för autonom körning, men Leonard är återhållsam i sin entusiasm för den kommersiella bana som autonom körning har tagit sedan dess. Några av dessa grundläggande frågor, om att representera världen och att kunna förutsäga vad som kan hända - vi kan fortfarande vara decennier efter människor med vår maskinteknik, sa han till mig. Det finns stora, olösta, svåra frågor här. Vi måste vara försiktiga så att vi inte överhyper hur bra det fungerar.

Leonard föreslog att mycket av den teknik som har hjälpt autonoma bilar att hantera komplexa stadsmiljöer i forskningsprojekt - av vilka en del används i Googles bilar idag - kanske aldrig är billig eller kompakt nog att användas i kommersiellt tillgängliga fordon. Detta inkluderar inte bara LIDAR utan också ett tröghetsnavigeringssystem, som ger exakt positioneringsinformation genom att övervaka fordonets egna rörelser och kombinera den resulterande informationen med differentiell GPS och en mycket exakt digital karta. Dessutom kan dåligt väder avsevärt försämra sensorernas tillförlitlighet, sa Leonard, och det kanske inte alltid är möjligt att förlita sig mycket på en digital karta, som så många prototypsystem gör. Om systemet förlitar sig på en mycket noggrann tidigare karta, måste det vara robust mot situationen där kartan är fel, och arbetet med att hålla dessa kartor uppdaterade bör inte underskattas, sa han.

Nära slutet av min åktur i BMW:s autonoma prototyp upptäckte jag ett exempel på ofullkomlig autonomi i aktion. Vi hade gjort en slinga av flygplatsen och var på väg tillbaka mot staden när en smart bil, som hade slingrat genom trafiken lite oregelbundet, plötsligt svängde framför mig från höger. Förvirrad av dess plötsliga och oregelbundna manöver fortsatte vår bil att närma sig den snabbt, och med mindre än en sekund kvar tappade jag nerven och slog i bromsen, saktade ner bilen och tog den ur självkörningsläge. En stund senare frågade jag Aeberhard om vår bil skulle ha bromsat i tid. Det skulle ha varit nära, medgav han.

Trots de flashiga demonerna och de djärva planerna för kommersialisering, upptäckte jag ibland bland biltillverkarna en önskan att bromsa och mildra förväntningarna. Ralf Herttwich, som leder forskning och konstruktion av förarassistanssystem på Mercedes, förklarade att det blir exponentiellt svårare att tolka en situation när vägen blir mer komplex. När du väl lämnar motorvägen och när du väl går in på den genomsnittliga vägen måste miljöuppfattningen bli bättre. Din tolkning av trafiksituationer, eftersom det finns så många fler av dem – de måste bli bättre, sa han. Att bara titta på ett trafikljus och bestämma om det trafikljuset är något för dig är ett väldigt, väldigt komplext problem.

MIT:s Leonard, för en, tror inte att total autonomi är nära förestående. Jag förväntar mig inte att det kommer att finnas taxibilar på Manhattan utan chaufförer under min livstid, sa han, innan han snabbt tillade, Och jag vill inte se taxichaufförer i konkurs. De vet vart de är på väg, och - åtminstone i Europa - de är artiga och säkra, och de tar dig dit du behöver vara. Det är en mycket värdefull samhällsroll.

Jag funderade över Leonards invändningar när jag besökte BMW och Mercedes. Jag nämnde till och med några av dem för en taxichaufför i München som var nyfiken på min resa. Han verkade långt ifrån orolig. Vi har sjunde sinnet – ett sjunde sinne, sa han och syftade på den instinktiva vägmedvetenhet som en person bygger upp. När han med imponerande hastighet nöp genom den livliga trafiken, misstänkte jag att denna förmåga att hantera en så komplex och rörig värld skulle kunna visa sig användbar ett tag till.

Dölj