La promesa de los automóviles autónomos de hacer que nuestro transporte sea más seguro, más conveniente y más eficiente es claramente inmensamente atractiva. Ya no sería necesario concentrarnos en la tarea de conducir, y tendríamos más tiempo para otras actividades. Pero muchas otras razones justifican la investigación y el desarrollo de la tecnología sin conductor. Algunos ejemplos incluyen reducir la cantidad de accidentes hasta en un 87 %, hacer que el transporte sea más eficiente, productivo y asequible, garantizar el acceso al transporte para personas con discapacidades, disminuir la contaminación y las emisiones de los tubos de escape hasta en un 66 %, y muchos más⁶.

Es probable que el sueño de la conducción autónoma sea tan antiguo como el propio automóvil, pero la autonomía completa sigue siendo uno de los grandes desafíos de la informática y la ingeniería. En este artículo, analizaremos los antecedentes históricos del desarrollo de los automóviles sin conductor y los muchos contratiempos que pusieron de relieve los desafíos de la conducción autónoma.

Los inicios de la industria automotriz

Si bien podemos llegar hasta el siglo XVIII cuando hablamos de los primeros automóviles, el primer hito sensato para el alcance de este artículo es el año 1886. Ese año, Carl Benz desarrolló el primer automóvil a gasolina con un motor de combustión interna: el ” Benz Patent-Motorwagen Número 1 ”⁸.
En 1908, Ford Motor Company presentó el Ford Modelo T, el primer automóvil producido en masa en una línea de montaje en movimiento⁴. Naturalmente, todos estos automóviles y modelos presentados en las décadas siguientes fueron conducidos exclusivamente por un conductor humano.

Primeros pasos autónomos

El primer intento de conducción autónoma fue realizado en 1925 por Houdina Radio Control con el " American Wonder ", un automóvil controlado por radio que conducía a través del tráfico denso en las calles de la ciudad de Nueva York. Este automóvil técnicamente no tenía conductor, pero aún estaba completamente controlado por un operador en otro automóvil que seguía al vehículo. Por lo tanto, aunque supuso un paso importante hacia la invención de los coches autónomos, todavía está lejos de lo que entendemos como conducción totalmente autónoma.

Durante las próximas décadas, otros siguieron una idea similar de simplemente navegar el automóvil a través de un controlador externo. Un enfoque popular fue incorporar algún tipo de circuito de navegación en la calzada. El primer ejemplo de dicho sistema de guía se exhibió en la Feria Mundial de 1939 patrocinada por General Motors: su prototipo se guió a través de cables magnéticos incrustados directamente en la carretera. Muchos investigadores continuaron con esta idea, por ejemplo, RCA Labs, a lo largo de la década de 1950, pasando de controlar un automóvil en miniatura mediante cables colocados en el piso de un laboratorio en 1953 a una demostración de tamaño completo en 1957 y 1960.

Durante las décadas de 1950 y 1960, GM exhibió una serie de autos experimentales llamados "Firebirds", descritos como que tenían un " sistema de guía electrónica [que] puede acelerarlo en una carretera automática mientras el conductor se relaja ".

Experimentos similares se llevaron a cabo durante la década de 1960 en el Laboratorio de Investigación de Transporte y Carreteras del Reino Unido con el Citroen DS19, presentado en 1970. Fue capaz de atravesar la pista de prueba a 80 millas por hora y se esperaba que evitara alrededor del 40 % de los accidentes. , si el desarrollo hubiera continuado. Este fue uno de los últimos hitos en la tecnología basada en una infraestructura de cables integrados en la carretera, ya que a mediados de la década de 1970 se retiró la financiación de estos experimentos, seguido de una investigación preliminar sobre los sistemas inteligentes realizada en el Laboratorio de Ciencias Coordinadas de la Universidad de Illinois.

Hacia la Autonomía Real

Durante la década de 1980, se implementaron los primeros sistemas de navegación basados ​​en visión en tres grandes proyectos. El primer vehículo en usar esta tecnología fue el proyecto Navlab¹³ de la Universidad Carnegie Mellon, desarrollado entre 1986 y 1995; la última iteración reportó una autonomía del 98 % 2850 millas en los EE. UU.
El segundo ejemplo fue la furgoneta robótica de Mercedes-Benz, que alcanzó una velocidad de casi 60 millas por hora en calles sin tráfico¹⁰. Posteriormente, la organización EUREKA llevó a cabo el proyecto de RD más grande jamás realizado en el campo de los automóviles sin conductor al proporcionar una financiación de 749.000.000 al Proyecto Prometheus de 1987 a 1995³. El proyecto demostró varios componentes de la conducción autónoma, como la prevención de colisiones, el apoyo para mantenerse en el carril y los sistemas de información de viaje y tráfico.
Otro ejemplo en la misma década fue ALV, o ALVINN (Autonomous Land Vehicle in a Neural Network)⁵, financiado por DARPA, desarrollado en 1988. Utilizaba una red neuronal totalmente conectada de 2 capas para convertir la entrada de LIDAR e imágenes de carreteras en imágenes de vehículos. comandos, conduciendo a una velocidad de hasta 19 millas por cuatro.

Revolución tecnológica

Si bien el desarrollo de vehículos autónomos avanzó gradualmente a medida que los sistemas se volvían cada vez mejores, hay tres olas de una "revolución tecnológica" que fueron de particular importancia para el campo.

Primera ola: sistemas de navegación y el desafío DARPA

La primera ola se centró en la explotación de la tecnología de navegación emergente, a saber, el Sistema de posicionamiento global (GPS) y las Unidades de medición inercial (IMU), desarrolladas a principios de siglo. Con el GPS, los sistemas de conducción autónomos podían determinar la posición del automóvil en un radio de un metro; si bien este fue un logro increíble, no fue suficiente para una conducción y navegación precisas en el tráfico rodado. Esto se mejoró con la introducción de las IMU, que miden las fuerzas de aceleración dentro del automóvil y que aumentaron la precisión de la navegación GPS hasta en 5 cm.

Los desafíos abiertos y las grandes competencias son factores esenciales para futuras innovaciones en muchas áreas de investigación, por ejemplo, el desafío ILSVRC⁹ destinado a estimular el desarrollo y la investigación de técnicas de reconocimiento de imágenes. El equivalente en el dominio de conducción autónoma fue el Gran Desafío de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) en 2004. La primera competencia tuvo lugar en la región del desierto de Mojave en los EE. UU., y la tarea consistía en navegar a través de una ruta de 150 millas. Se ofreció un premio de un millón de dólares para el primer lugar; sin embargo, ninguno de los equipos participantes terminó el recorrido. La distancia más larga la recorrió el Humvee de CMU, completando solo 7.32 millas antes de quedarse colgado en una roca después de hacer un giro en zigzag. Por lo tanto, se programó un segundo Gran Desafío de DARPA para el año siguiente, esta vez,

Segunda ola: los gigantes tecnológicos se unen a la batalla

A lo largo de los años, la calidad de los sensores utilizados en los vehículos mejoró drásticamente y los sistemas basados ​​en visión se hicieron cada vez más populares. Alrededor de 2006, se desarrollaron mejores sistemas LIDAR, los sistemas de cámaras mejoraron significativamente y se introdujeron los primeros métodos para reconstrucciones 3D precisas, lo que ayudó a reconocer y localizar obstáculos. Estas tecnologías avanzaron significativamente en la investigación de la conducción autónoma y, pronto, las grandes empresas tecnológicas ingresaron al campo. Por ejemplo, en 2009, Google comenzó a desarrollar en secreto su prototipo llamado "Waymo". Para 2015, informaron una inversión de mil millones de dólares en investigación y desarrollo. Recientemente, también publicaron una reconstrucción a gran escala de San Francisco a partir de 2,8 millones de fotos usando una técnica basada en Neural Radiance Fields (NeRF)¹¹.

Muchos de los principales fabricantes de automóviles, como GM, Ford, Audi, BMW, …, han estado trabajando en sistemas de automóviles sin conductor desde 2005. En 2010, un automóvil autónomo recorrió casi 10,000 millas desde Italia hasta Shanghái como parte del Desafío Autónomo Intercontinental VisLab (VIAC), siguiendo de forma autónoma a un coche guía que circula por delante. Se llevaron a cabo más experimentos en áreas pequeñas geocercadas con tráfico real, como el proyecto Stadtpilot desarrollado por la Universidad Técnica de Braunschweig en 2010⁷. Durante el mismo año, se plantearon las primeras inquietudes relacionadas con las leyes y la ética; específicamente, un abogado del Departamento de Vehículos Motorizados de California dijo que "la tecnología está por delante de la ley en muchas áreas ", citando la ley estatal que requiere que los vehículos tengan un operador humano en todo momento¹².

Tercera Ola — Revolución Tecnológica

El siguiente gran hito del desarrollo que podría considerarse la tercera ola de la revolución tecnológica se produjo en 2012. Con el avance de los métodos de aprendizaje automático, aprendizaje de representación y aprendizaje profundo, los sistemas autónomos se volvieron cada vez más precisos. Los nuevos concursos y puntos de referencia permitieron comparar diferentes tecnologías y métodos de manera uniforme, lo que sirvió de incentivo para que muchos equipos de investigación siguieran desarrollando nuevas técnicas.

En 2014, Mercedes-Benz presentó su modelo S Class equipado con características como mantenimiento automático de carril, dirección, aceleración y frenado autónomos, así como prevención de colisiones a altas velocidades. En el mismo año, la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) publicó una taxonomía que compara diferentes niveles de tecnologías de conducción autónoma, creando cinco categorías de autonomía¹¹. Según este sistema, la Clase S alcanzaba un Nivel 2 de Autonomía.

Industria de conducción autónoma de hoy

La creciente implicación de las grandes empresas en el desarrollo de determinados componentes o sistemas completos para los coches autónomos no tardó en formar toda una industria. Muchas grandes empresas, como Uber y Tesla, iniciaron departamentos completos de investigación en 2015 y 2016, contratando a numerosos científicos e ingenieros. Desafortunadamente, el desarrollo estuvo nuevamente marcado por contratiempos, especialmente en 2016 y 2018, debido a dos accidentes fatales de vehículos Tesla, lo que generó dudas legales y redujo la confianza en la tecnología de conducción autónoma.

En 2017, Audi anunció que su nuevo modelo A8 sería completamente autónomo. A diferencia de los otros coches, no habría necesidad de realizar comprobaciones de seguridad como tocar el volante cada 15 s. Para hacer referencia a la tabla de Niveles de Autonomía, esto significaría una autonomía de Nivel 3. Sin embargo, el sistema nunca se implementó por completo y, en 2020, Audi anunció que el sistema no se iba a activar².

En la década de 2020, Tesla lanzó una versión beta de su sistema FSD a un pequeño grupo de evaluadores en EE. UU. Mercedes-Benz ha recibido la aprobación alemana para un sistema autónomo de nivel 3 centrado en el mantenimiento del carril. Posteriormente, lanzó las ventas de su sistema Drive Pilot en Alemania para los modelos Clase S y EQS, operando en Nivel 3.

Resumen

Este artículo resumió los principales hitos del desarrollo de los vehículos autónomos. Como hemos visto, la conducción autónoma tiene una larga historia. La gente comenzó a pensar en formas de hacer que los vehículos sean autónomos antes de lo que uno podría pensar. En las últimas décadas, esta tecnología ha seguido mejorando y haciéndose cada vez más fiable hasta que, en 2019, se presentó el primer vehículo que alcanzaba el Nivel 3 de autonomía para carreteras. En la carrera por más y más autos autónomos, ahora hay muchos jugadores, incluidos los más conocidos, con Tesla y Waymo aparentemente liderando el campo. Pero la autonomía de los niveles 4 y 5 sigue sin lograrse y es extremadamente difícil de implementar. Además, varios reveses han disminuido la confianza en la conducción autónoma y han puesto de relieve cuestiones éticas y legales. La conducción autónoma es una tecnología compleja pero prometedora,

Referencias

[1] SAE Internacional. Clasificación y glosario del sistema AdaptIVe sobre conducción automatizada .
Archivado desde el original el 7 de octubre de 2017.

[2] Stephen Edelstein. Audi renuncia al
sistema autónomo de asistencia al conductor de nivel 3 en A8. 2020.

[3] EUREKA. Proyecto Eureka E!45 PROMETEO .
Archivado desde el original el 14 de agosto de 2018.

[4] History.com. Modelo T: el primer automóvil que la mayoría de la gente podría permitirse
comprar. 2020.

[5] Takeo Kanade, Chuck Thorpe y William Whittaker. Proyecto de Vehículo Terrestre Autónomo en CMU . En Actas de la Decimocuarta
Conferencia Anual de Informática de la ACM de 1986.

[6] Nikolaus Lang, Michael R ̈ußmann, Jeffrey Chua y Xanthi Doubara.
Hacer realidad los vehículos autónomos: lecciones de Boston y más allá. 2017.

[7] Tobias Nothdurft, Peter Hecker, Sebastian Ohl, Falko Saust, Markus Maurer, Andreas Reschka y J ̈urgen R ̈udiger B ̈ohmer. Stadtpilot: Primeras pruebas de conducción totalmente autónomas en tráfico urbano . 2012.

[8] Oficina Alemana de Patentes y Marcas. Der Streit um den ”Geburstag”
des modernen Automobils.
Archivado desde el original el 2 de enero de 2017.

[9] Olga Russakovsky, Jia Deng, Hao Su, Jonathan Krause, Sanjeev Satheesh,
Sean Ma, Zhiheng Huang, Andrej Karpathy, Aditya Khosla, Michael Bernstein
, Alexander C. Berg y Li Fei-Fei. Desafío de reconocimiento visual a gran escala de ImageNet .
Revista Internacional de Visión por Computador (IJCV). 2015.

[10] Jürgen Schmidhuber. Lo más destacado del Prof. Schmidhuber sobre la historia de los coches robot. 2009.

[11] Matthew Tancik, Vincent Casser, Xinchen Yan, Sabeek Pradhan, Ben
Mildenhall, Pratul Srinivasan, Jonathan T. Barron y Henrik Kretzschmar. Block-NeRF: Síntesis escalable de vista neuronal de escena grande . 2022.

[12] El New York Times. Los coches de Google se conducen solos en el tráfico. 2010.

[13] Universidad Carnegie Mellon. El Proyecto de Vehículo Terrestre Autónomo de la Universidad Carnegie Mellon (NAVLAB). 2014.