خودرو های خودران ، سطح جدیدی از تکنولوژی بشر

آیا شما خودتون رو راننده خوبی می دانید ؟ شاید اغلب کسانی که به این سوال جواب می دهند خود را راننده خوبی بدانند اما متاسفانه آمار و ارقام حرف دیگری برای گفتن دارندسلام من نگار نقدیان هستم دانشجوی کارشناسی علوم کامپیوتر در دانشگاه آزاد واحد تهران مرکز و این دومین مقاله‌ی فعالیت کلاسی درس طراحی اصول نرم‌افزار استاد حاجی‌اسمعیلی است. اولین مقاله با عنوان سیستم های فازی و منطق فازی ، از گذشته تا کنون ، چگونه دنیای ما را تغییر داد ؟ را میتونید در لینک ارجاع داده شده بخوانید. طبق سایت statista.com ، در سال 2020 در آمریکا به ازای هر 100 میلیون مایل سفر وسایل نقلیه ، 1.34 میلیون تصادف رخ داده . با نگاه کلی تر به آمار 10 سال گذشته در آمریکا و بعد در سایر کشور های پرجمعیت جهان ، به طور کامل می توانیم قانع شویم که انسان ها انقدر که فکر می کنند راننده خوبی نیستند.جالب تر آنکه دو دلیل اصلی این تصادف ها طبق همین آمار سرعت بالا و رانندگی در حالت مستی است . اما این همه ماجرا نیست ، دلایل زیادی وجود دارد که ثابت می کند انسان ها نه تنها بهترین راننده ها نیستند بلکه می توانیم آن ها را بدترین راننده ها نیز خطاب کنیم ؛ مثلا راننده ای که با تلفن صحبت می کند ، یا در حین رانندگی خوراکی مصرف می کند و یا حتی دچار خطای دید می شود و حتی گاهی به علت قرار گرفتن در نقطه کور ماشینی دیگر دچار تصادف می شود . بزارید شما رو با آماری جالب تری روبه رو کنیم : طبق آمار ها از هر 10 میلیون تصادف در آمریکا 9.5 میلیون تصادف به علت خطای خود راننده بوده .با زیر و رو کردن این آمار ها حال کاملا برای همه مشهود است ، برای رانندگی امن، به چیزی بیشتر از یک راننده متبحر نیاز است .مطمئن باشید ، شما تنها کسانی نیستید که این نیاز را درک کرده اند . سازندگان ماشین ها نیز درباره این نیاز اساسی ، در کنار شما ایستاده اند و با شما هم نظر هستند .شاید برای شما جالب باشد بدانید اولین خورو شرکت بنز ، با نام patent Motorwagen تنها با 3 چرخ و یک تک سیلندر ساخته شد ، بدون هیچ بدنه فلزی ، یا کمربندی یا حتی سیستم ایمنی خاصی و از ان زمان تا به امروز خودرو سازان با انجام آزمایش ها و تست های گوناگون توانستند مسیر طولانی را برای ساختن یک خورو امن طی کنند . و نتیجه این همه تلاش ، سیستم های پیشرفته ای نظیر ترمز abs، سیستم پایداری الکترونیکی ESP، Airbag ، سیستم کنترل الکترونیکی انتقال قدرت و بسیاری از سیستم های جدید و پیچیده ای دیگر برای افزایش امنیت در طول سفر برای رانندگان و سرنشینان خورو بوده است. اما با وجود این امکانات هنوز شاهد تصادف های رانندگی بودیم ، این جا بود که یک ایده جنون آمیز ، دنیای خودروسازی را زیر و رو کرد .patent Motorwagenوقتی حرف از خودرو های خودران می شود ، تصور بسیاری، ماشین هایی باشد که طی دهه ی گذشته وارد بازار شده اند اما واقعیت این است که ایده خودرو های خودران به سال های بسیار قبل باز می گردد .جالب است بدانید American wonder جز اولین پروژه های این ایده جنون آموز بود ، فرانسیس اودینا ، در سال 1925 ، یک خودروی کنترل از راه دور ساخت که توانست در خیابان های منهتن بدون راننده رانندگی کند. در این زمان بود که شرکت ها و کمپانی های بزرگ خودرو سازی نظیر جنرال موتور، بنزو .. شیفته ی این ایده جنون آمیز شدندو شروع به سرمایه گزاری کردند .تا سال 1986 ، یک مهندس المانی به نام ارنس دیکنس به همراه تیمش ، در دانشگاه مونیخ ، یک ون کاملا خودران را در شرایط بدون ترافیک آزمایش کردند و با توسعه این پروژه در سال 1987 توانست سرعت ون خودران را به 60 کیلومتر بر ساعت برساند .اما ارنس تنها کسی نبود که مجذوب این دنیای عجیب و غریب شده بود در همان سال 1986 در دانشگاه Carnegie Mellonاولین نمونه خودرو های خودران با نام navlab1 با سرعت 30 کیلومتر بر ساعت با موفقیت ازمایش شد و در سال 1990 نسخه توسعه یافته یعنی navlab2 تونست در شرایط عادی و بدون ترافیک با حداکثر سرعت 110 کیلومتر بر ساعت رانندگی کند.navlab2تا به امروز مسیر رسیدن به خودرو های کاملا خودران موفقیت ها و شکست های گوناگونی را دیده است . امروزه تکنولوژی خودرو های خودران عموما مبتنی بر سیستم های کامپیوتری هستندو این سیستم های کامپیوتری ، سیستم های کنترلی ، خودرو را خودکار وارد عمل می کنند .اما جالب است بدانید سطوح مختلفی از خودرو های خودران وجود دارد .طبق استاندارد J3-016انجمن مهندسین خودرو ، 5 سطح برای خودرو های خودران در نظر گرفته شده .سطح صفر هیچ حالت اتوماتیکی در خودرو وجود ندارد و همه عملیات توسط راننده انسان اتفاق می افتد .سطح اول خودرو های خودران فقط وقتی که خودرو در یک مسیر مستقیم حرکت می کند یا فقط در حالتی که در حال حرکت به طرفین است به راننده کمک می کند مثل سیستم های کروز کنترل که وقتی فعال شود سرعت خودرو رو به طور مستقیم کنترل می کند ولی همچنان دست های راننده باید روی فرمان باشد تا خودرو را کنترل کند یا سیستم کنترل رانندگی بین خطوط Lane Keeping Assist که با سنسور های مادون قرمز و دوربین برای تشخیص خطوط جاده استفاده می شود و درصورت خروج از خطوط هشدار lane departure warning می دهد .سطح دوم خودرو های خودران ، کنترل طولی و جانبی خودرو توسط سیستم های خودران انجام می شودمثال این سیستم ها میشه ، Nissan ProPILOT Assist System معرفی کرد. بزارید بیشتر توضیح بدم نیسان در این سیستم کنترل پدال گاز و ترمز و کلاچ را برعهده می گیرد و تنها کاری که از شما می خواد انجام بدید این است که دست هاتون روی فرمان قرار بدید . این سیستم ها مخصوص بزرگراه ها و حتی در ترافیک نیز به شما کمک می کند . در این نوع سیستم هنوز وجود راننده الزامی هست و به محض برداشتن دست ها از فرمان به شما هشدار داده می شود .در سطح سوم ، شما با مبحثی به نام Object and Event Detection and Response به معنی تشخیص اشیا و اتفاقات و پاسخگویی به ان ها می باشد . در این سطح خودرو تا درجه خاصی ازحساسیت می توانند اشیا و اتفاقات اطراف را با استفاده از رادار ها و دوربین ها بررسی کنند و سیگنال های لازم را به ماشین ارسال می کنند و درصورت نیاز به مجموعه ای اعمال جهت جلوگیری یا کنترل ماشین شروع به اجرا می شود . بزرگترین تفاوت سطح دو و سه در این است که در سطح دو حضور راننده به طور کامل جهت کنترل شرایط الزامی است اما در سطح سوم نیازی به چک کردن لحظه به لحظه نیست و درصورت نیاز در شرایط بحرانی به راننده جهت مداخله و به دست گرفتن خودرو اطلاع داده می شود .در سطح چهارم ، با سیستم های پیچیده تری جهت کنترل ماشین روبه رو هستیم . در این سطح ، در شرایط بحرانی یا حتی قبل از شرایط بحرانی ازراننده درخواست برای به دست گرفتن خودرو داده نمی شود بلکه خودرو سعی می کند شرایط بحرانی را کنترل کند و فقط در بعضی شرایط از راننده درخواست هایی می شود تا دنهایت نیاز به توقف ضروری نشود . کاملا واضح است که در این مرحله با درصدی از خطر همراه است . تا سال 2020 تنها شرکت های وایمو و تسلا این سطح از خودران ها را بر محصولات خود جهت استفاده عموم مردم پیاده کرده اند.در سطح 5 و اخر ، سطحی کاملا اتوماتیک است که در این سطح خودرو در هر دامنه عملیاتی قادر به فعالیت کردن است که البته تا کنون هیچ کمپانی محصولی در این سطح به صورت رسمی وارد بازار نکرده است . در طی ده های گذشته ماشین های مختلفی با سطوح مختلف خودران بودن به بازار های عمومی عرضه شدند . و همواره تا به امروز با موانع بسیاری از قبیل ، امنیت ، نبود جاده های استاندارد ، داشتن سیستم های گران قیمت و.......روبهرو شده اند .البته نیاز به یادآوری است که تا به امروز اجازه حرکت به خودرو های خوردان ، تنها در شرایط خاص و عموما در بزرگراه ها داده شده استحال که با سطوح مختلف آشنا شدیم ، بیاید نگه دقیق تری به ساختار های ماشین های خودران بیاندازیم و ببینیم که برای داشتن ماشین هوشمند به چه چیز هایی نیاز داریم .بیاید با یک مثال شروع کنیم ؛ وقتی می خواهیم رانندگی یادبگیریم ، به عنوان یک انسان باید به کلاس های اموزش رانندگی بریم و در این کلاس ها مجموعه ای از اطلاعات که شامل قوانین راهنمایی رانندگی ، دانش کار کردن با یک ماشین و همچنین دانش پیشبینی اتفاقات پیش رو را بدست بیاوریم . حال که می خواهیم یک ماشین را بجای خود پشت فرمان قرار بدیم باید بتوانیم این اطلاعات را در دسترس و قابل فهم برای ماشین کنیم اما ماشین یک انسان نیست ، او حتی نمی تواند زبان انسان ها بفهمد پس به وسایلی نیاز داریم که بتواند قوانین و دانش ها و اطلاعات انسانی را برای ماشین قابل فهم کند . اینجا است که به سراغ حسگر ها می رویم .حسگر ها ، ابزار هایی هستند که قادر به ادراک، شناسایی محیط با جزئیات و متعلقات محیط هستند و در واقع اطلاعات محیط که برای انسان قابل فهم است برای ماشین قابل فهم می کند .حسگر های ماشین های خودران بسیار متنوع هستند از دوربین ها تا لیدار ، رادار و ..... هستند . مغز ماشین این اطلاعات را دریافت می کند و بر اساس تجزیه و تحلیل کردن این اطلاعات ، دستور های لازم جهت کنترل ماشین را صادر می کند .توجه کنید برای تجزیه و تحلیل و صدور دستور ، نیاز به الگوریتم های مختلف و پیچیده ای داریم . از روش های بسیار معمول و مورد استفاده در یادگیری عمیق به منظور پیاده سازی در رانندگی خودران می توان به شبکه های عصبی پیچشی و شبکه های عصبی بازگشتی و یادگیری تقویتی عمیق اشاره کردهمان طور که در زیر مشاهده می کنید یک ماشین خودران نیازمند ادراک محیط و پیشبینی اتفاقات اینده است .نمونه نحوی شناسایی اجسام در ماشین های تسلادر پایان ، خوب است یادآور شویم که ایده خودرو های خودران در واقع باعث پیوند خوردن دو رشته مهندسی خودرو و هوش مصنوعی است که نتیجه آن ایجاد سطح جدیدی از تکنولوژی می شود .منابع :کتاب Introduction to Self-Driving Vehicle Technology سایت https://www.statista.com/topics/3708/road-accidents-in-the-us/#dossierKeyfigures