Беспилотные автомобили: сколько стоят, когда поступят в продажу и как ИИ справляется с бездорожьем и лихачами

В 2018 году на дорогах «Иннополиса» появились первые в России беспилотные автомобили. По прогнозам разработчиков интеллектуального транспорта, через пять-десять лет любой руководитель сможет заменить обычную машину со штатным водителем на автомобиль с автономным управлением.

Салимжан Гафуров, руководитель Лаборатории автономных транспортных систем Университета «Иннополис», входящей в состав Центра компетенций НТИ по направлению «Робототехника и мехатроника», рассказал нам, как работает беспилотник, кто отвечает за безопасность езды и как робомобиль справляется с проблемами российских дорог: лихачеством и бездорожьем.

Интервью подготовлено командой ИТ-журнала «Завтра облачно» при поддержке Mail.ru Cloud Solutions.

Благодаря системе автономного режима управления автомобиль способен ехать без участия человека. Специальные системы автоматизации собирают информацию о положении автомобиля на дороге, анализируют ее и выбирают оптимальный сценарий движения. Разберемся, как это происходит на практике.

Вместо опыта и знаний обычного водителя, у беспилотника — сервер с программным управлением. В программу автомобиля внесены правила дорожного движения, а также бесконечное множество ситуаций, которые могут случиться на дороге и варианты сценариев, как действовать в той или иной ситуации.

На сервер информация поступает с внешних датчиков. Компьютер ее анализирует, сопоставляет с собственной базой данных и выбирает сценарий действий. База данных постоянно обновляется. Если на дороге произошла нестандартная ситуация, оператор ее описывает, специалисты подбирают все возможные варианты действий, разработчики обновляют базу.

Глаза беспилотнику заменяют радары, антенны и камеры. Они размещены по периметру автомобиля. С помощью камеры беспилотник видит объект, с помощью радара его «ощупывает». Радар принимает отраженный сигнал, преобразует его в трехмерную картинку и выбирает из базы данных аналогичный объект. Радар может отличить человека от автомобиля и работать в условиях плохой видимости.

Но основной орган зрения беспилотника не камеры — это лидар (лазерный радар), установленный на крыше. Он сканирует окружающее пространство, формирует трехмерную картинку и передает ее в мозг автомобиля. Угол обзора лидара — 360⁰.

Местоположение и направление движения автомобиль определяет по системе спутниковой навигации ГЛОНАСС, GPS, Baidu, Galileo — все зависит от количества видимых спутников. Встроенная GNSS (Global navigation satellite systems) сама определяет какой сервис выбрать.

Чтобы беспилотник не терял ориентации в условиях слабого сигнала, в автомобиль встроена система локализации. Кроме информации со спутника, она учитывает данные от визуальной и колесной одометрии (частота вращения каждого колеса автомобиля), от внутренней инерциальной системы навигации IMU (Internal Measurement System).

Автомобиль сверяет информацию со всех устройств, которые на нем установлены, с точностью до нескольких сантиметров определяет локализацию предметов и уверенно чувствует себя на дороге.

Например, беспилотник подъезжает к подземному пешеходному переходу. Основной поток пешеходов пересекает дорогу по переходу, но один из них выскакивает на проезжую часть. С помощью камер и радаров автомобиль почти сразу понимает, что за объект перед ним. В его базе сохранены несколько вариантов развития события: пешеход остановился; продолжил движение с прежней скоростью; перешел на бег; мечется по проезжей части.

Чтобы выбрать оптимальный сценарий, компьютер определяет местоположение пешехода, расстояние до него, с какой скоростью он двигается и в каком направлении, анализирует других участников движения.

Полученный анализ автомобиль сравнивает с информацией из базы данных и действует по оптимальному варианту: снижает скорость; включает аварийное торможение; припарковывается. То есть машина не только перевозит пассажира из точки А в точку Б, но и принимает решение, как действовать в критических ситуациях.

Весь цикл обработки информации укладывается в 140 миллисекунд. Это в 2—3 раза быстрее человека.

Искусственный интеллект автомобиля — это мозговой узел беспилотника. Он приводит машину в движение, задает скорость и прокладывает путь, а также способен управлять автомобилем в любых погодных условиях, распознавать дорожные знаки, сигнал светофора, пешеходов, животных, различные препятствия. ИИ может отличить «Скорую помощь» со спецсигналом от других автомобилей и уступить дорогу, спокойно переехать через «лежачего полицейского» и остановиться перед поваленным деревом.

По уровню безопасности езды искусственный интеллект в несколько раз превосходит человека. Благодаря совершенству камер и датчиков он может двигаться в полной темноте и в условиях плохой видимости. Когда камеры бесполезны, например, во время ливня, снегопада или тумана, автомобиль получает информацию с радаров.

Беспилотники учитывают погодные условия, состояние дороги, стиль вождения других водителей. На основе этого автомобиль выбирает оптимальный сценарий движения и свое поведение на дороге.

Искусственный интеллект, как и человек, способен обучаться. Например, человек анализирует поступившую информацию: более важную отправляет в долговременную память, менее важную — в кратковременную. ИИ функционирует аналогично — определяет и сортирует информацию по степени важности.

Если какое-либо мало важное событие повторилось, мозг беспилотника перемещает информацию к важным событиям. Теперь в процессе принятия решения машина учтет и этот сценарий. То есть ИИ не только усваивает информацию, которую разработчики заложили в базу данных, но и способен самообучаться.

Такие самообучающиеся нейросети используют не только разработчики беспилотных автомобилей. Так, на основе машинного обучения работают системы компьютерного зрения для распознавания различных объектов, например, номеров автомобилей или лиц. Их можно использовать для организации пропускного режима, контроля над сотрудниками, охраны периметра.

Пока в ПДД нет понятия «автомобиль-беспилотник», а в российских законах нет правового регулирования ответственности в случае аварии с участием робомобиля. Поэтому во время движения по реальным дорогам в беспилотнике на месте водителя сидит оператор. На него возлагается та же степень ответственности, что и на водителей обычных машин.

Оператор наблюдает за работой датчиков, оценивает, насколько оправданно то или иное действие автомобиля. Например, правая полоса свободна, но автомобиль перестроился в левый ряд — оператор делает пометку, что программистам необходимо проверить базу данных на конкретном участке дороги. Большую часть времени машина движется автономно, но в любой момент оператор может принять управление.

В то же время беспилотник контролирует работу оператора. Чтобы в критической ситуации человек успел принять управление, необходима высокая сосредоточенность и концентрация. Внутренние датчики автомобиля «улавливают» состояние оператора и подают сигнал, если он расслабился.

На автомобилях в «Иннополисе» в салоне установлена внутренняя камера. Это отдельный модуль со встроенной нейронной моделью, он определяет состояние водителя по характерным признакам: мимика, частота морганий, наклон головы и другие.

Основные проблемы при движении беспилотных автомобилей — это плохие дороги и не всегда адекватные действия со стороны других водителей. Разработчики учитывают реалии российских дорог и закладывают в базу данных беспилотника возможные ситуации и пути их решения.

Также автомобиль наблюдает за другими участниками дорожного движения, по стилю вождения предугадывает их действия и подстраивается под сложившуюся ситуацию. Например, в базу ИИ заложена информация, что водители с агрессивным стилем вождения часто «подрезают» другие автомобили. Если беспилотник по характерным признакам распознает такого водителя, робомобиль выберет оптимальный вариант, чтобы избежать аварийной ситуации: перестроится, снизит скорость, чтобы пропустить лихача.

Беспилотник никогда не нарушает правил дорожного движения. Если из-за аварии образовалась пробка, а на дороге — двойная сплошная разметка, автомобиль не выезжает на встречную полосу, чтобы продолжить движение. Машина остановится и будет стоять, пока путь не освободится.

Сегодняшний уровень развития культуры вождения диктует именно такой путь. Однако это не догма, и поведение беспилотника можно поменять.

Наибольшие сомнения вызывают этические проблемы: насколько оправданное решение примет беспилотника в безальтернативной ситуации, например, когда аварии не избежать. В память сервера заложено огромное количество сценариев дорожных ситуаций. Искусственный интеллект за сотые доли секунды перебирает их все и с математической точностью выбирает вариант с наименьшими потерями.

Беспилотники уже совершили прорыв — не задерживаясь на узкоспециализированных сферах, вышли на городские улицы и стали полноправными участниками дорожного движения двух городов.

Широко внедрять автономное управление логичнее на спецтехнике. Например, использовать беспилотники в строительстве, горнодобывающей и перерабатывающей промышленности — достаточно написать программу с ограниченным перечнем повторяющихся операций. Дальнейшее развитие видится в серийном производстве промышленных беспилотников.

Автомобили с автономным управлением — это пока эксперимент, который покажет, насколько целесообразно их использовать. При этом эксперимент не из дешевых: около 3 млн рублей стоит подготовленный автомобиль и еще столько же нужно потратить на сервер, датчики и сенсоры.

С увеличением количества беспилотников появятся и новые проблемы. Пока робомобили работают в основном автономно — беспилотники подключаются к сети только для обмена информацией, их связь с интернетом минимальна. В таких условиях взломать сервер и перепрограммировать мозги беспилотника очень сложно — злоумышленнику нужен доступ к машине.

С развитием беспилотников увеличивается количество внешних каналов, а, значит, облегчается доступ к управлению машиной. Уже сейчас разработчики работают над новыми способами шифрования данных и изоляции каналов связи.

Следить за новостями «Завтра облачно» в Telegram.