خودروي بدون راننده گوگل چگونه كار مي‌كند؟

زماني كه گوگل در سال 2008 به طور رسمي اعلام كرد كه مشغول كار بر روي خودروي بدون راننده است تقريبا بسياري از افراد پس از شنيدن اين خبر شروع به فكر كردن مي‌كنند كه چگونه چنين چيزي امكان پذير خواهد بود؟

ايده خودرويي كه هيچ گونه نيازي به انسان براي هدايت ندارد بسيار جذاب به انديشه متخصصين مي‌رسد. اين خودروها هرگز تصادف نمي‌كنند، دچار حواس پرتي نمي‌شوند و بدون كوچكترين خستگي مي‌توانند هزاران كيلومتر را بپيمايند و در تمامي حالات مشغول انجام محاسبات باشند تا سلامت سرنشينان را حفظ كنند.

بر اساس آماري كه به تازگي منتشر شده، انسان‌ها در رانندگي واقعا بد عمل مي‌كنند. جاشوا اسكنك سخنگوي مركز حمل و نقل Eno مي‌گويد:

بشر در امر رانندگي خيلي خوب عمل نمي‌كند. در ايالات متحده به طور ميانگين سالانه 30,000 نفر جان خود را در حوادث رانندگي از دست مي‌دهند. وقتي كه صحبت از كنترل خودرو به ميان مي‌آيد بايد گفت كه كامپيوتر و ابزارهاي الكترونيكي بسيار بهتر از انسان عمل مي‌كنند. آنها به هنگام رانندگي چيزي نمي‌نوشند، مشغول ارسال و مطالعه پيامك نمي‌شوند و از همه مهمتر اينكه بسيار سريع‌تر از ما فكر مي‌كنند.

اما مهمترين سوال در اين بين اين است كه خودروي بدون راننده گوگل چقدر مطمئن و ايمن است؟

در پاسخ بايد گفت كه در طول بيش از 700,000 مايل مسافت طي شده، خودروي گوگل دقيقا دو بار تصادف كرده كه جالب است بدانيد در هيچ كدام از اين دو تصادف نيز خودروي گوگلي‌ها مقصر نبوده است. در اولين تصادف راننده انساني اين خودرو سيستم رانندگي خودكار را خاموش كرده و دومين تصادف نيز هنگامي به وقوع پيوسته كه يك انسان مشغول هدايت خودرو بوده است! اما نقطه مقابل و در زماني كه انسان مشغول هدايت خودرو باشد، نتيجه چندان جالب نخواهد بود. آمار تلفات رانندگي در انگلستان به ازاي هر 1.7 ميليون مايل مسافت طي شده يك مورد بوده و در آمريكا نيز به ازاي هر 1.13 ميليون مايل نيز يك نفر جان خود را از دست مي‌دهد. اين در حالي است كه با وجود اينكه خودروهاي بدون راننده گوگل هزاران كيلومتر مسافت را طي كرده‌اند آمار تصادف به مراتب كمتري نسبت به خودروهايي ثبت كرده‌اند كه توسط انسان هدايت مي‌شده است.

آنچه در مورد خودروي بدون راننده گوگل مسلم بوده اين است كه فناوري‌هايي كه در اين خودرو به منظور هدايت آن و حفظ سلامت و ايمني سرنشينان مورد استفاده قرار گرفته به هيچ عنوان جديد و بديع از انديشه متخصصين آزمايش شدن نيستند. چه از انديشه متخصصين سخت افزارهاي مورد استفاده و چه نرم‌افزار و الگوريتم‌هاي بكار رفته در اين خودرو بايد بدانيد كه گوگل در طراحي سيستم هدايت خودروي خود از فناوري‌هايي استفاده كرده كه بسياري از آنها سال‌ها است كه در حال كار هستند و آزمايشات ايمني و امنيتي را با موفقيت پشت سر گذاشته‌اند. بنابراين جاي هيچگونه نگراني وجود ندارد، چرا كه گوگل از فناوري‌هاي تضمين شده در اين خودرو بهره جسته است.

در ادامه به مطالعه تعدادي از فناوري‌هاي كليدي مورد استفاده در اين خودروي بدون راننده مي‌پردازيم:

ليدار به طور اختصار مخفف عبارت تشخيص محيط و محدوده با استفاده از ليزر است. در اين فناوري با استفاده از تاباندن نور ليزر در يك زاويه تعيين شده محيط پيرامون به طور دقيق اسكن شده و يك نقشه سه بعدي شامل تمامي اشيا موجود در صحنه تهيه مي‌شود. به دليل استفاده از ليزر مواردي نظير فاصله، تعداد و ميزان بزرگي اشياء به خوبي مشخص شده و خودرو مي‌تواند با استفاده از اطلاعات حاصل از اين فرآيند مسير روبرو را با دقت طي كند.

خودروي گوگل از ماژول ليزر Velodyne 64 استفاده مي‌كند. از آنجا كه به هنگام رانندگي بايد دور و اطراف خودرو به دقت مورد مطالعه قرار گيرد اين ماژول كه مجهز به يك پردازنده نيز هست براي تهيه نقشه 360 درجه بر روي سقف خودرو قرار مي‌گيرد. ليزر تعبيه شده در اين ماژول دائما در حال چرخش 360 درجه است تا محيط اطراف را با دقت اسكن كند.

با وجود اينكه ليدار يكي از بهترين ابزارها براي تشخيص دقيق محيط اطراف و تهيه نقشه است، اما يكي از بزرگترين اشكالات آن عدم توانايي در تشخيص سرعت اجسامي است كه در حال نزديك يا دور شدن از خودرو هستند. براي پر كردن اين خلاء از چهار سيستم رادار استفاده مي‌شود. نحوه كار گذاري اين رادارها بدين شكل است كه دو سنسور براي اسكن جلوي خودرو و دو سنسور نيز براي اسكن محيط پشت خودرو مورد استفاده قرار مي‌گيرد. يكي از قابليت‌هاي سنسورهاي رادار امكان ارسال پيام اضطراري به پردازنده براي فعال كردن ترمزهاي خودرو به منظور جلوگيري از تصادف است. همچنين اگر خودرو به هر دليل از مسير اصلي خود خارج شود با استفاده از داده‌هاي اين سنسورها سرعت خود را كاهش داده و متوقف مي‌شود.

اين ابزار در تعامل مستقيم با ساير ماژول‌هاي اندازه‌گيري مانند واحد اندازه‌گيري لَختي، ژيروسكوپ و رمزگذارهاي (Encoder) تعبيه شده در چرخ‌ها است كه به طور دائمي اطلاعات خود را جهت مطالعه به پردازنده مركزي (مغز خودرو) ارسال مي‌كنند تا از ايجاد تصادف جلوگيري به عمل آيد.

فناوري دوربين مورد استفاده در خودروهاي بدون راننده متفاوت است. با اين اوصاف اغلب خودروهاي بدون راننده و هوشمند به منظور استفاده بهينه از دوربين، آن را در قسمت بالايي خودرو و در سقف مورد استفاده قرار مي‌دهند. انجام اينكار باعث خواهد شد تا دوربين كه در اصل چشم خودرو محسوب مي‌شود بر محيط اطراف مسلط بوده و ديد كامل داشته باشد. فناوري دوربين در اين بخش تفاوت چنداني با چشم انسان و سيستم بينايي ما ندارد. در اين سيستم تصاوير از طريق دوربين (چشم) به پردازنده (مغز) ارسال شده و سپس مواردي نظير عمق تصوير، جنبش محيطي و ابعاد اجسام مشخص مي‌گردد.

هر دوربين داراي 50 درجه زاويه ديد بوده كه مي‌تواند تا حداكثر مسافت 30 متر را به خوبي رصد كند. دوربين‌هاي مورد استفاده بسيار متخصصدي بوده و اطلاعات ارزشمندي را در اختيار پردازنده قرار مي‌دهند اما همانند ساير فناوري‌هاي مورد استفاده در خودروي گوگل، دوربين نيز داراي ضريب تاثير گذاري مشخصي بوده و اطلاعات حاصل از عملكرد آن در تعامل مستقيم با ساير بخش‌ها است. اين بدان معني است كه چنانچه به هر دليل دوربين از كار بيفتد خودرو همچنان با ضريب امنيت بالا به مسير خود ادامه مي‌دهد و از دست رفتن دوربين باعث نخواهد شد تا كل سيستم دچار اشكال حاد و بحراني شود. اين مورد يكي از قابليت‌هاي اساسي خودروي گوگل است كه از كار افتادن يك يا چند ماژول باعث نخواهد شد تا اشكالي براي خودرو و سرنشينان رخ دهد.

نمونه‌هاي گوناگون و به اصلاح پروتوتايپ‌هاي مستقلي كه گوگل از خودروي بدون راننده خود ساخته، از فناوري‌هاي گوناگوني بهره مي‌برند اما برخي از نمونه‌هاي مطالعه شده مجهز به فناوري پيشرفته سونار بوده‌اند.

اين ماژول در اصل چشمي است كه با استفاده از امواج صوتي كار مي‌كند. نمونه واقعي اين سنسور در طبيعت به طور كامل و دقيق در خفاش‌ها وجود دارد. خفاش چشمان ضعيفي داشته و عموما مواقعي به شكار مي‌پردازد كه نور محيط به شدت كم بوده و عملا امكان مشاهده محيط از طريق چشم وجود ندارد. در اين روش از سونار استفاده مي‌شود. در سونار يا مسيريابي صوتي، اصوات با فركانس بالا ارسال شده و پس از برخورد به جسم مورد انديشه متخصصين برگشت داده مي‌شود و از اين طريق مي‌توان به مشاهده محيط اطراف پرداخت.

سونار به خودي خود دو اشكال عمده دارد. اول زاويه ديد محدود و دوم محدوده عملكرد موثر آن ( كه حدود 6 متر) است. اين ماژول نيز همانند ساير ماژول‌ها بوده و اطلاعات خروجي آن در تعامل مستقيم با خروجي ماژول‌هاي ديگر بوده و از دسترس خارج شدن آن باعث به وجود آمدن اشكالات حاد نخواهد شد.

يك خودروي فاقد فرمان، پدال ترمز و پدال گاز، بدون بهرمند شدن از يك سيستم مكان يابي و تثبيت موقعيت حرفه‌اي قطعا بدون استفاده خواهد بود. بدون وجود سيستم موقعيت يابي، خودروي بدون راننده قادر به حركت نبوده و نمي‌تواند مسير حركت خود را تعيين كند.

به منظور مقابله با اين چالش، گوگل از سرويس قدرتمند نقشه خود بهره جسته است. اطلاعات حاصل از سرويس نقشه گوگل، به طور مستمر با داده‌هاي دريافتي از ماهواره‌هاي GPS، واحدهاي اندازه گيري لحظه‌اي و ماژول‌هاي رمزگذاري مورد استفاده در چرخ‌ها تركيب شده تا سرعت خودرو به طور دقيق تعيين شود.

اين سيستم در تعامل مستقيم با دوربين‌ها به منظور پردازش اطلاعات جهان واقعي و داده‌هاي حاصل از GPS و سرعت رانندگي به منظور تعيين موقعيت دقيق خودرو است. علي رغم اينكه اين سيستم از ضريب خطاي بسيار اندك (در حد چند سانتي‌متر) برخوردار است اما با استفاده از الگوريتم‌هاي تصحيح خطاي هوشمند، اين خطا در هر لحظه تصحيح مي‌گردد تا از بروز تصادف، ترافيك و سد معابر خودداري به عمل آيد.

نرم‌افزار تمام اطلاعات دريافتي از ماژول‌ها را بصورت بلادرنگ و در لحظه پردازش مي‌كند. اينكار شامل مدل سازي ديناميك رفتاري ساير رانندگان و خودروها، افراد پياده دور و بر خودرو و به طور كلي تمامي اجسامي است كه در اطراف خودرو حضور دارند. در حالي كه برخي از دستورات و اقدامات از پيش براي سيستم تعريف شده، نظير توقف در زماني كه چراغ راهنمايي قرمز است، مابقي تصميمات و عملكردها بر اساس تجارب كسب شده از رانندگي‌هايي كه قبلا صورت گرفته اتخاذ مي‌شود. هر متر از مسافت طي شده توسط خودرو به صورت دقيق تحليل و ذخيره مي‌شود. اين داده پردازش شده تا در زمان‌هاي آينده و در شرايط غير قابل پيش بيني بهترين تصميم اتخاذ شود.

الگوريتم يادگيرنده مورد استفاده در اين نرم‌افزار تنها به پردازش اطلاعات و داده‌هاي مربوط به خودرويي كه شما سوار آن هستيد اتكا نمي‌كند بلكه داده‌هاي ساير خودروها به صورت شبكه‌اي نيز مطالعه و تحليل مي‌شوند تا بتوان در لحظه تصميمات درست را اتخاذ كرد. ديناميك رفتاري نيز به صورت دائمي تحليل شده و يك نقشه جامع تهيه مي‌شود. هدف از انجام اينكار پيش بيني اتفاقات پيش از وقوع است. اين موضوع دقيقا شبيه به آن چيزي است كه در مورد انسان و در مغز او رخ مي‌دهد. به عنوان مثال اين خودروها به اندازه‌ كافي هوشمند هستند تا در موارد و موقعيت‌هاي گوناگون خود را با شرايط تطبيق داده و بهترين تصميمات را بگيرند. اين موقعيت‌ها عبارت‌اند از:

• خودرويي كه با سرعت كم در منتهي اليه خطكشي سمت راست جاده حركت مي‌كند و يك خودرو با سرعت بيشتر آنرا تعقيب مي‌كند به احتمال زياد به اين معني است كه قرار است يك سبقت صورت گرفته و خودروي سريع‌تر از خودروي كم سرعت عبور كند.
•  وجود يك گودال در مسير يا يك شي خارجي در خيابان به اين معني است كه راننده به احتمال بسيار زياد به منظور جلوگيري از برخورد با آن مسير خود را به طور ناگهاني تغيير خواهد داد.
• ازدحام در خط عبور منتهي اليه سمت چپ به اين معني است كه راننده به احتمال زياد مسير خود را تغيير داده و خطوط سمت راستي را براي ادامه مسير انتخاب مي‌كند.

با وجود اينكه فناوري مورد استفاده در خودروي گوگل چيزي فراتر از شگفت انگيز است اما اين بدان معني نخواهد بود كه هيچ اشكالي وجود نداشته و همه چيز به خوبي پيش مي‌رود. هنوز مواردي وجود دارد كه مي‌بايست تا پيش از ورود به عصر خودروهاي بدون راننده حل و رفع شوند.

پيش از آنكه بخواهيم به اشكالات پيرامون خودروهاي بدون راننده اشاره كنيم، مهم است بدانيم كه فناوري همچنان بزرگترين مانع ورود اين وسايل نقليه مدرن به بازار محسوب مي‌شود.

يكي از همين اشكالات كه گوگل با آن مواجه است سازگاري سيستم نقشه و تعيين موقعيت است. نقشه‌اي كه در اين خودروها مورد استفاده قرار مي‌گيرد بسيار متفاوت از بخش GPS يا سرويس نقشه گوگل است كه همه ما روزانه از آن استفاده مي‌كنيم. نقشه مورد استفاده در اين خودروها بيش از آنچه تصور كنيد دقيق و شامل جزئيات است. به عنوان مثال محدوديت ارتفاع خودرو و موقعيت و اندازه خطوط راهنمايي موجود در مسير از جمله اين اطلاعات مي‌باشند.

اين سطح از جزئيات به قدري زياد و گسترده است كه تهيه نقشه اينچنيني از يك كشور و حتي جهان بسيار اشكال خواهد بود. در حال حاضر گوگل موفق شده حدود 2000 مايل از مسيري كه خودروي هوشمند قادر به تردد در آن است را نقشه برداري كند. براي آنكه ديد بهتري به موضوع پيدا كنيد جالب است بدانيد تنها در ايالت كاليفرنياي آمريكا بيش از 170.000 مايل جاده و خيابان وجود دارد و بيش از 4 ميليون مسير جهت تردد خودرو در كل ايالات متحده ساخته شده است.

شايد اكنون متوجه شده باشيد كه علت عملكرد موفق خودروهاي هوشمند گوگل در طي مسير 700.000 مايلي چيست. اين خودروها در واقع مسير 2000 مايلي از پيش نقشه برداري شده را بارها با موفقيت طي كرده‌اند. اين بدان معني است كه تمامي اين خودروها به تنهايي و به صورت بلادرنگ موفق نشدند در تمامي حالات، تصميمات اساسي اتخاذ نمايند. گوگل نيز تاكنون در مسيري غير از مسير 2000 مايلي خود اين خودروها را آزمايش نكرده است. البته اين اشكالي نيست كه نتوان آن را حل و فصل كرد. هر كدام از خودروهاي بدون راننده گوگل علاوه بر طي مسير به صورت درست و صحيح وظيفه ديگري دارند كه بسيار مهم و حائز اهميت است. وظيفه مهم ديگر آنها تهيه نقشه 3 بعدي از مسيرها براي استفاده توسط خودروهاي بدون راننده ديگر است.

• اشكالاتي وجود دارند كه باعث خواهند شد اين خودروها نتوانند در شرايط باراني، برفي و بارندگي سنگين به رانندگي بپردازند.
• در شرايطي كه سنسورهاي تشخيص رنگ چراغ راهنمايي مقابل تابش مستقيم نور خورشيد و بازتابش نور شديد باشند به اصلاح كور خواهند شد و اين امكان وجود ندارد كه تصميم درست در چهارراه‌ها و ساير مكانهايي كه از چراغ راهنمايي استفاده شده اتخاذ شود.
• سنسورها اشياء را به صورت شكل‌هاي پيكسلي تشخيص مي‌دهند. بنابراين، اين امكان وجود دارد كه همانگونه كه براي جلوگيري از برخورد با يك كودك خودرو ناچار به تغيير مسير ناگهاني است، همين كار را در مورد روزنامه‌اي كه در هوا معلق است نيز انجام دهد.

بر اساس قانوني كه در ايالت كاليفرنيا تصويب شده، حداقل در مقر مديريت مركزي گوگل اين امكان وجود دارد كه خودروهاي بدون راننده به طور قانوني به حركت بپردازند.

بر اساس قانوني كه حدود يك سال و نيم پيش در كاليفرنيا به تصويب رسيد به وضوح مشخص است كه امكان عبور و مرور خودروهاي بدون راننده در اين ايالت به صورت قانوني وجود دارد. ما نيز اميدواريم بتوانيم اين قانون را در ساير ايالت‌هاي آمريكا نيز به تصويب برسانيم.- كريس آرمسون، مدير بخش خودروي بدون راننده گوگل

آرمسون در ادامه مي‌افزايد مطمئن نيست كه بسياري از دولت‌ها در سراسر جهان حتي تصور حضور خودروهاي بدون راننده را كرده باشند و آن را در قوانين و مقررات راهنمايي و رانندگي خود پيش بيني نموده باشند. چندان دور از ذهن نيست كه برخي از دولت‌ها به اين راحتي قانع نشده و راسا بخواهند تحقيقات مفصلي در مورد استفاده از خودروهاي بدون راننده جهت تصويب قوانين مربوطه به انجام برسانند.

استفاده از فناوري و محصولات مبتني بر فناوري شگفت‌انگيز مي‌نمايد و بسياري از افراد را به هيجان مي‌آورد. اما در اين بين هستند افرادي كه از فناوري واهمه دارند و علت آن نيز كاملا طبيعي است؛ حفظ جان و امنيت. برخي بر اين باورند كه هر لحظه ممكن است كنترل خودرو به هر دليل از دست خارج شده و سلامت سرنشينان به خطر افتد.

البته مي‌توان دلايل گروه دوم را نيز قابل احترام و مهم تلقي كرد چرا كه با وجود اينكه فناوري توانسته بخش گستره‌اي از زندگي انسان مدرن را دستخوش تغييرات بنيادين كند، اما سپردن كنترل يك خودروي متحرك به طور كامل به دست فناوري امري ترسناك به انديشه متخصصين مي‌رسد؛ جداي از اينكه بايد در كنار امنيت، هزينه استفاده از چنين فناوري را نيز در انديشه متخصصين داشت چرا كه ممكن است آنقدر گران باشد كه كمتر كسي بتواند خودروهاي مجهز به چنين امكاناتي را خريداري كند.

در حالي كه ترس از ايمن بودن فناوري رانندگي كماكان وجود دارد اما بايد اذعان داشت كه خودروي گوگل تاكنون توانسته آمار خوبي در مورد امنيت خودرو و سرنشينان را از خود به جا بگذارد.

يك مسئله فلسفي را نيز بايد به اشكالات بالا افزود. اين مسئله كه به «اشكالات واگن برقي» معروف است يك واژه فلسفي است كه حالتي را شرح مي‌دهد كه هيچ پاسخ صحيح و درستي در كار نيست. به عنوان مثال فرض كنيد براي جلوگيري از برخورد با يك كودك مجبور به تغيير ناگهاني مسير مي‌شود. با انجام اينكار به طور حتم به مادر كودك و يا گروهي از كودكان كه در سمت ديگر مسير هستند برخورد خواهد كرد. در اين حالت خودروي گوگل چه كار خواهد كرد؟

البته مطرح ساختن چنين سوالاتي به انديشه متخصصين غير منصفانه مي‌رسد چرا كه اگر همين سوال را از يك انسان كه مشغول رانندگي با يك خودرو بوده و در چنين شرايطي قرار بگيرد، بپرسيم قطعا پاسخ درستي دريافت نمي‌كنيم!

در مجموع اين موضوع بسيار جالب به انديشه متخصصين مي‌رسد كه مي‌توان از جنبه‌هاي گوناگون فناوري در ساير ابعاد زندگي روزمره نيز استفاده كرد. به عنوان مثال، خودرويي كه به راننده نياز ندارد، حتي به سرنشين نيز نيازمند نيست و مي‌تواند بدون نياز به انسان وظايف خود را به خوبي انجام دهد. با استفاده از اين فناوري مي‌توانيد بسته‌هاي پستي خود را درون يكي از اين خودروها قرار داده و بدون نياز به حضور خودتان آنها را به مقصد ارسال كنيد؛ كاري كنيد كه خودرو، دوستتان را به مقصد برساند و مجددا بازگشته و خود را درون پاركينگ خانه پارك كند يا زماني كه شما براي انجام كاري از آن پياده شديد به صورت خودكار در اولين مكان مناسب پارك كند و منتظر شما بماند.

اما هيجان انگيزترين بخش اين ايده آن است كه در عمل عبارت «مالكيت» خودرو به مرور منقرض خواهد شد. اين خودروها را مي‌توانيد در هر محلي رها كنيد و سازمان‌ها و شهرداري‌ها مي‌توانند از آنها به عنوان جايگزيني مطمئن براي تاكسي‌ها استفاده نمايند. همچنين نيازي نخواهد بود تا بعد از اين يك خودروي شخصي و اختصاصي براي خود تهيه كنيد چرا كه خودروهاي بدون راننده در همه حال و در همه شرايط در اختيار شما خواهند بود.

استفاده از خودروهاي بدون راننده مسئله‌اي است هيجان انگيز كه آينده حمل و نقل را دستخوش دگرگوني اساسي خواهد كرد. اما تا زماني كه گوگل با چالش‌هاي متخصص و ساختاري كه در بالا به آنها پرداخته شد به طور كامل مقابله نكند و اثبات ننمايد كه اين خودروها در واقع ايمن تر از خودروهاي معمولي ما هستند، اين وسايل نقليه شگفت انگيز در حد يك ايده باقي خواهند ماند و رنگ واقعيت را نخواهند ديد. اما آن چيزي كه باعث خواهد شد تا نسبت به آينده اين وسايل اميدوار باشيم كمپاني گوگل است كه با برخورداري از نيروي متفكر و خلاق كارآمد و بهرمند بودن از منابع مالي خوب جهت همراهي كافي از اين پروژه، ما را هر روز به ديدن يكي از همين خودروهاي بدون راننده در خيابان‌هاي شهر نزديك‌تر مي‌كند. شكي نيست كه در آينده نه چندان دور عبارت «حمل و نقل» معنايي بسيار متفاوت از آن چيزي كه اكنون شاهدش هستيم خواهد داشت.