Водитель здесь лишний! Как беспилотные автомобили покорят мир

Francisco Antunes [CC BY 2.0]Чтобы ответить на этот вопрос, для начала нужно определиться с системой координат, затем установить, где мы находимся и куда хотим прийти. К счастью, за нас все это сделала организация SAE (Society of Automobile Engineers), создав классификацию беспилотных автомобилей по уровням автономности. Классификация очень популярна, ее упоминают каждый раз, когда речь заходит о беспилотном транспорте.Согласно системе SAE, существует пять уровней автономности.К нулевому уровню относятся автомобили, лишенные всякой автоматизации. Водитель тут отвечает за все — контролирует окружение, планирует маршрут и следует ему, непосредственно управляет транспортным средством, в том числе сам удерживает полосу и нужную скорость. Таких машин сейчас на дорогах большинство. Надо отметить, что в некоторых моделях есть «помощники» — система экстренного торможения, система помощи при парковке (парктроники), обычный круиз-контроль (удержание определенной скорости на трассе), антиблокировочная система (ABS). Их наличие не продвигает автомобиль выше в классификации автономности, поскольку они не решают так называемые динамические задачи вождения, а всего лишь заданным способом реагируют на определенную ситуацию или команду водителя.На первом уровне автономности решена одна из таких динамических задач — руление или контроль скорости. То есть к нему относятся машины, умеющие в определенных обстоятельствах сами рулить или при необходимости ускоряться/тормозить. Это как раз касается функции адаптивного круиз-контроля — такая система благодаря установленным радарам способна заметить, что автомобиль впереди на полосе движется медленнее, и скорректировать скорость.

Автомобили с круиз-контролем не считаются автономными — водителю по-прежнему нужно самостоятельно определять и контролировать скорость / Mark Doliner [CC BY-SA 2.0]Фактически два следующих уровня различаются мало, однако управление второго уровня SAE рекомендует определять как расширенную систему помощи водителю, а третьего — как условный автопилот. Разница между ними — в степени надежности и требуемой от человека готовности вмешаться в ситуацию. Коммерчески доступные автомобили второго уровня уже есть. К примеру, это линейка моделей S3XY от Tesla, а также некоторые автомобили General Motors (с режимом Super Cruise), BMW и Honda. Выпускать модели с присвоенным третьим уровнем автономности никто не торопится из соображений безопасности и из-за юридических проблем.Дело в том, что, во-первых, уровни автомобилям присваивают сами автопроизводители. Пока что нет никаких лицензирующих или контролирующих организаций, которые бы следили за тем, чтобы характеристики беспилотников четко соответствовали заявленным критериям. Более того, критерии эти, касающиеся второго и третьего уровней, настолько размыты, что даже определение SAE с трудом поддается осмыслению. Во-вторых, от заявляемого уровня зависит то, как будет вести себя водитель. В упомянутых выше моделях «автопилоты» требуют, чтобы человек всегда следил за ситуацией и был готов тотчас перехватить управление. Tesla постоянно напоминает держать руки на руле, а также отслеживает взгляд водителя и выдает предупреждения, если тот направлен не на дорогу (то же самое делает Super Cruise). В 2016 году произошло смертельное ДТП с участием Tesla Model S — «автопилот» не распознал пересекавший дорогу грузовик, а водитель не успел заметить препятствие. Так что производители «умных» автомобилей остерегаются называть системы помощи при вождении полноценными автопилотами.Впрочем, несколько лет назад Audi выпустила модель A8 с системой Traffic Jam Pilot, присвоив автомобилю третий уровень автономности. Она сильно поторопилась, поскольку законодательства ни одной страны не были готовы к выходу на рынок такого продукта. Юристы компании предупреждали, что в случае, если автомобиль с этим уровнем автономности попадет в ДТП, вина за происшествие ляжет на производителя. Audi предполагала, что за несколько лет вопрос с ответственностью в законодательстве решится, однако этого не случилось, и в прошлом году концерн заявил, что Traffic Jam Pilot в Audi A8 работать не будет.

Предполагалось, что Audi A8 с функцией Traffic Jam Pilot поможет водителям передвигаться и маневрировать в условиях пробок на скорости до 60 км/ч. К сожалению, это осталось лишь интересным планом / Christian Flores [CC BY-SA 2.0]Автомобиль с четвертым уровнем автономности считается полностью автономным в определенных условиях, хотя у человека остается доступ к некоторым автоматизированным системам управления. Условиями могут быть поездки по конкретному городу или даже району, передвижение в ясную солнечную погоду и так далее. Многие автопроизводители стремятся достигнуть сразу этого уровня, минуя размытый третий. Коммерчески доступных моделей с полноценным автопилотом пока нет, как и автомобилей пятого уровня автономности, где водитель вообще не может вмешаться в управление транспортным средством. Это как раз те беспилотники, к которым мы стремимся.В принципе, понятно, где мы находимся сейчас. Второй уровень — не диковинка, хотя и не настолько распространенная вещь, как хотелось бы. Некоторые компании достигли значительных успехов в тестировании транспорта четвертого уровня; одна из наиболее продвинутых и опытных в этом отношении — Waymo, входящая в холдинг Alphabet (материнская компания Google).

Автомобильное зрение

Хотя каждая компания создает собственный продукт, они обращаются к более-менее похожим принципам. По факту работа любой роботизированной системы раскладывается на три модуля — восприятия, планирования и действия. В том, чтобы автоматизировать планирование маршрута и собственно управление автомобилем, нет особых проблем. Ускорение/торможение и повороты руля сейчас спокойно берут на себя расширенные системы помощи водителю (тот же адаптивный круиз-контроль). Базовая проблема с беспилотными автомобилями заключается в том, чтобы научить их понимать, что происходит на дороге.

Некоторые модели Tesla в парковочном режиме умеют подъезжать к владельцу по нажатию кнопки на ключе или в приложении. Компания рассчитывает развить функцию, чтобы машина могла приехать к хозяину даже из другого города / Mark Doliner [CC BY-SA 2.0]Водитель, сам того не осознавая, получает массу входных данных: одно отсеивает, на другом фокусируется, третье просто принимает в расчет. Причем информация в большинстве своем визуальная, в малой степени — звуковая. За восприятие обстановки в беспилотных автомобилях обычно отвечают несколько видов датчиков; в основном это камеры, радары, лидары, инфракрасные и ультразвуковые датчики, акселерометры и гироскопы, а также системы глобального позиционирования (например, GPS или ГЛОНАСС). В разных решениях можно увидеть разную комбинацию датчиков.Ряд компаний — в частности, Tesla — разрабатывает системы, опирающиеся на данные исключительно с камер. Камеры относительно дешевы, предоставляют большой поток информации, к тому же компьютерное зрение — сфера, отвечающая за распознавание объектов на изображениях и видео, — сейчас развивается как никогда бурно. Логика здесь такая: если человек способен управлять автомобилем с помощью одного зрения, значит, этому можно обучить и искусственный интеллект.Радары, лидары и ультразвуковые датчики работают по схожему принципу — генерируют излучение определенного вида и определенной частоты, улавливают отраженные волны и с учетом времени, ушедшего на путешествие луча от источника до препятствия и обратно, вычисляют расстояние до объекта. Радар посылает радиоволны; он помогает вычислять расстояние до металлических объектов — ограждений или других автомобилей. Ультразвуковые датчики уже сейчас есть на многих автомобилях с парктроником; они генерируют короткие звуковые сигналы и работают на очень небольшой дистанции. Самый интересный и перспективный инструмент — это лидар.

LiDAR расшифровывают как Light Detection and Ranging, однако чаще название воспринимается как аббревиатура от light и radar. По факту это лазерный дальномер — его широко используют в геодезии, фотографии, астрономии, навигации. В беспилотных автомобилях он очень быстро испускает короткие лазерные лучи и позволяет получить плотное облако точек, из которого можно построить 3D-модель окружения. Это очень дорогой прибор; установка лидара увеличивает конечную стоимость машины на порядок. Сейчас, когда технология начала развиваться в новом направлении, она понемногу становится дешевле и эффективнее, однако у этой оптимизации есть предел.Еще у каждого автомобиля должна быть в доступе актуальная карта высокого разрешения. Ограничиваться при навигации одним GPS нельзя — уровень погрешности слишком велик. Более точно определять собственное местоположение помогают готовые карты. Если упростить, то все происходит так: специальные автомобили ездят по городу, где должен функционировать беспилотник, и делают подробную модель местности; когда беспилотник ездит по тем же улицам, он сравнивает свой входной поток с готовой моделью и делает вывод о том, где находится, с точностью до сантиметров. У этого метода есть очевидные минусы. Большой город — постоянно меняющаяся среда, и потребуется постоянное обновление готовых карт, что повлечет за собой дополнительные расходы.Впрочем, даже если навесить на автомобиль все возможные датчики, в некоторых ситуациях автопилот все равно будет сбоить или окажется почти бесполезен — во время тумана, проливного дождя или снегопада; зимой, когда разметку скрывает поземка, а край дороги — высокие сугробы. Иногда у автопилота возникают проблемы с определением цвета светофора в солнечную погоду, когда блики засвечивают изображение. Над поиском решений сейчас работают десятки компаний по всему миру, в том числе с помощью методов машинного обучения. Водитель временами распознает опасность по косвенным признакам, которые сам порой не может четко обозначить, просто доверяясь опыту и инстинкту. То же самое может делать и беспилотник.

Вот такую 3D-модель перекрестка в Сан-Франциско построил автомобиль, оснащенный одним лидаром. Она была сгенерирована из облака 23 миллионов точек / Daniel L. Lu [CC BY 4.0]Развитие беспилотного транспорта тормозят сложности не только технические, но и экономические, юридические и социальные. Waymo была и остается одним из первопроходцев в этой сфере, и все же, несмотря на опыт и вложенные миллионы долларов, пока не готова предложить надежный коммерческий продукт, который приносил бы соизмеримый с затратами доход.В целом существует три возможные модели внедрения беспилотного пассажирского транспорта. Первая — сервис роботакси и общественный транспорт. Роботакси сейчас тестирует ряд компаний в Соединенных Штатах, также доступен заказ беспилотника от «Яндекс.Такси». Вторая — совместное владение или использование (по типу каршеринга), и третья — личное владение. Внедрение беспилотников через сервисы и общественный транспорт представляется наиболее практичным вариантом. Как уже упоминалось, из-за затрат на разработку, производство, закупку и установку дорогостоящих датчиков стоимость автомобиля может оказаться неподъемной для представителей даже среднего класса. В результате распространение нового вида транспорта будет сдерживаться по исключительно экономическим причинам. С другой стороны, если компаниям вроде Tesla удастся реализовать беспилотник пятого уровня на основе одних камер, без лидара, то получится относительно доступный вариант для схемы с личным владением или каршерингом.Также нельзя забывать, что для поездки на беспилотнике не будут нужны водительские права. То есть количество пользователей личным транспортом, вероятно, увеличится в разы за счет как отмены этого фильтра, так и притока людей с ограниченными возможностями. Это тоже говорит в пользу варианта с сервисами роботакси, иначе нас ждет такой наплыв транспортных средств, с каким вряд ли справится городская среда.Кроме того, развитию беспилотного транспорта препятствуют юридические проблемы. Случай с Audi наглядно показал, что, даже если завтра появится автомобиль с надежным автопилотом, на нем вряд ли можно будет передвигаться по дорогам общего пользования. Просто потому, что законодательство к этому не готово.

Предстоит решить огромное множество вопросов. Для начала, кто понесет ответственность за ДТП — пользователь или производитель? В случае с пятым уровнем человек не может вмешаться в происходящее, но как насчет автомобиля четвертого уровня автоматизации? Как будет обстоять ситуация со страхованием? Как будет организована доставка обновлений (слышали эту историю, когда автомобиль Nio начал обновляться посередине проезжей части и запер водителя внутри?) и станут ли наказывать пользователя за их отсутствие?Сейчас в законах многих стран прописано, что за рулем транспортного средства должен сидеть человек. Кое-где подобные законы подкорректировали, чтобы вписать в правовое поле тестируемые беспилотники. Например, благодаря такой корректировке в России водительское кресло беспилотников «Яндекс.Такси» уже давно пустует — ситуацию контролирует инженер-испытатель на переднем пассажирском сиденье. Однако брать плату за поездки на беспилотниках законом все еще запрещено. Впрочем, такси-сервис Waymo в Аризоне коммерческую деятельность уже начал, как и Cruise — в Калифорнии.Одни из наиболее сложных проблем — социальные. Будут ли люди доверять беспилотникам настолько, чтобы передвигаться на них в плотном потоке машин? В целом вопрос доверия уже встал в Аризоне. В январе 2019 года появилась новость, что за несколько лет тестирования горожане атаковали роботакси Waymo 21 раз. В них бросали камнями, им прокалывали шины, кричали вслед ругательства, грозили пистолетами. Некоторые автомобилисты вели себя на дороге намеренно провокационно и подрезали автономные такси.Говоря о беспилотниках, некоторые люди высказывают опасения по поводу того, что огромное число профессионалов останется без работы. Это касается водителей такси, грузового, общественного транспорта. Касается и курьеров, поскольку сферу доставки тоже активно автоматизируют — и, вероятно, справятся с задачей раньше. Тут необходимо помнить, что процесс внедрения автономного транспорта — очень, очень долгий и растянется на десятилетия. Какое-то время по дорогам будут ездить и обычные, и автономные автомобили. Возможно, компаниям не сразу удастся предложить конкурентоспособную цену на поездки в роботакси и они окажутся скорее люксовым сервисом. Кто-то будет делать выбор в пользу обычного такси из-за недоверия к технологиям. Да, спрос на профессиональных водителей исчезнет, но это займет так много времени, что нынешним профессионалам волноваться не о чем.

То, что люди сомневаются в беспилотниках, хорошо иллюстрируют и дискуссии по поводу так называемой дилеммы вагонетки. В случае, если на дорогу внезапно выбегает человек, водитель реагирует инстинктивно. У него нет времени мыслить рационально, он не успеет определить пол и возраст пешехода и соотнести цену своей и его жизни (впрочем, своя жизнь всегда кажется ценнее). Предполагается, что беспилотник сможет моментально все оценить и сделать рациональный выбор между жизнью и здоровьем водителя и пешехода.Существует даже отдельный проект, посвященный решению этой дилеммы. Инженеры из MIT предлагают людям в широком спектре сценариев сделать выбор в пользу жизни того или иного участника движения. Если в салоне автомобиля находится один мужчина, а на дорогу выскочили двое детей, стоит вывернуть руль в сторону ограждения и поставить под угрозу жизнь водителя или рискнуть юными пешеходами? А если в салоне женщина и трое детей? Что, если в салоне сидит одна женщина, а на дорогу выскочил бойкая старушка? Проект называется Moral Machine, и он до сих пор собирает данные — можете сами попробовать зайти на его сайт и попробовать сделать сложный выбор между пятью кошечками в салоне и пятью собачками на дороге.Некоторые эксперты говорят, что эта дилемма слишком топорна, чтобы принимать ее в расчет. На самом деле данные об окружении обновляются несколько раз в секунду, на решения постоянно влияют все новые и новые факторы, и беспилотник вряд ли окажется в ситуации, где нужно будет сделать однозначный моральный выбор. Так что, возможно, Moral Machine представляет собой скорее социальный эксперимент, чем проект, стремящийся передать ИИ тонкости человеческой морали.С учетом всех этих сложностей возникает вопрос: стоит ли вообще игра свеч? Мечтать о мире будущего, конечно, хорошо, но что насчет реальной, практической пользы?

Специалисты сходятся на том, что после повсеместного внедрения автономных автомобилей можно будет ожидать сокращения числа ДТП на 90%. По некоторым оценкам, именно такой процент от всех дорожных происшествий составляют инциденты, случившиеся по вине человека. Люди на дороге порой ведут себя слишком эмоционально и агрессивно, они склонны нарушать правила и действовать непредсказуемо. Однако насколько увеличится или уменьшится процент ДТП в случае смешанного потока — когда одной половиной автомобилей управляют люди, а другой беспилотники, — сказать чрезвычайно сложно. С точки зрения человека, беспилотники иногда тоже ведут себя крайне непредсказуемо. Если же говорить о полном внедрении автономного транспорта, можно рассчитывать на то, что к тому времени появится поддерживающая инфраструктура — автомобили будут «переговариваться» между собой и координировать действия.Еще один значительный плюс перехода к автономному транспорту заключается в улучшении ситуации с пробками. Ожидается, что число пробок сильно уменьшится как раз благодаря тому, что автомобили, подключенные к общей сети, будут находить наиболее оптимальные маршруты. Хотя, согласно другому сценарию, пробок, наоборот, станет больше, поскольку количество участников движения увеличится за счет того, что для использования личного транспорта не нужны будут водительские права.Есть также плюсы, связанные с экологией (беспилотники обычно электрические) и оптимизацией расхода энергии, однако, чтобы дать этому виду транспорта зеленый свет, должно хватать и первого плюса. Да, в использовании автономных автомобилей тоже есть определенный риск, и вряд ли мы сможем навсегда забыть о ДТП, но с тем, что на дорогах станет безопаснее, чем сейчас, согласны все специалисты.

Беспилотный транспорт не ограничивается пассажирскими перевозками. Существует множество перспективных проектов, связанных с перевозкой грузов и доставкой товаров, однако наибольшие опасения вызывают, конечно, те технологии, которым мы доверяем свою жизнь. Торопиться в этом деле нельзя, и даже самые оптимистичные прогнозы обещают нам повсеместное внедрение автономного транспорта не раньше, чем через несколько десятков лет. Возможно, к тому времени мы привыкнем доверять беспилотникам и будем полностью полагаться на их моральный выбор.