La promesse des voitures autonomes de rendre nos transports plus sûrs, plus pratiques et plus efficaces est clairement extrêmement attrayante. Il ne serait plus nécessaire de se concentrer sur la tâche de conduite et nous aurions plus de temps pour d'autres activités. Mais de nombreuses autres raisons justifient la recherche et le développement de la technologie sans conducteur. Certains exemples incluent la réduction du nombre d'accidents jusqu'à 87 %, l'amélioration de l'efficacité, de la productivité et du prix des transports, la garantie de l'accès aux transports pour les personnes handicapées, la réduction de la pollution et des émissions d'échappement jusqu'à 66 %, et bien d'autres encore⁶.

Le rêve de la conduite autonome est probablement aussi ancien que l'automobile elle-même, mais l'autonomie complète reste l'un des grands défis de l'informatique et de l'ingénierie. Dans cet article, nous reviendrons sur le contexte historique du développement des voitures sans conducteur et les nombreux revers qui ont mis en lumière les enjeux de la conduite autonome.

Les débuts de l'industrie automobile

Bien que nous puissions remonter jusqu'au 18ème siècle pour parler des premières automobiles, la première étape importante pour la portée de cet article est l'année 1886. Cette année-là, Carl Benz a développé la première automobile à essence avec un moteur à combustion interne - le « Benz Patent-Motorwagen Nummer 1 »⁸.
En 1908, la Ford Motor Company a présenté la Ford Model T, la première automobile à être produite en série sur une chaîne de montage mobile⁴. Naturellement, toutes ces voitures et modèles introduits dans les décennies suivantes étaient conduits exclusivement par un conducteur humain.

Premiers pas autonomes

La première tentative de conduite autonome a été faite en 1925 par Houdina Radio Control avec le « American Wonder » — une voiture radiocommandée traversant une circulation dense dans les rues de New York. Cette voiture était techniquement sans conducteur, mais elle était toujours entièrement contrôlée par un opérateur dans une autre voiture qui suivait le véhicule. Par conséquent, même s'il a marqué une étape importante vers l'invention des voitures autonomes, il est encore loin de ce que nous pensons être une conduite entièrement autonome.

Au cours des décennies suivantes, d'autres ont suivi une idée similaire consistant à simplement naviguer dans la voiture via un contrôleur externe. Une approche populaire consistait à intégrer une sorte de circuit de navigation dans la chaussée. Le premier exemple d'un tel système de guidage a été exposé à l'Exposition universelle de 1939 parrainée par General Motors - leur prototype était guidé via des câbles magnétiques intégrés directement dans la chaussée. Cette idée a été poursuivie par de nombreux chercheurs, par exemple RCA Labs, tout au long des années 1950, passant du contrôle d'une voiture miniature par des fils posés sur un sol de laboratoire en 1953 à une démonstration grandeur nature en 1957 et 1960.

Au cours des années 1950 et 1960, GM a présenté une série de voitures expérimentales appelées "Firebirds", décrites comme ayant un " système de guidage électronique [qui] peut le précipiter sur une autoroute automatique pendant que le conducteur se détend ".

Des expériences similaires ont été menées dans les années 1960 au Transport and Road Research Laboratory du Royaume-Uni avec la Citroën DS19, présentée en 1970. Elle était capable de parcourir la piste d'essai à 80 milles à l'heure et devait prévenir environ 40 % des accidents. , si le développement s'était poursuivi. Ce fut l'un des derniers jalons de la technologie basée sur une infrastructure de câbles intégrés dans la route, car le financement de ces expériences a été retiré au milieu des années 1970, suivi par des recherches préliminaires sur les systèmes intelligents menées au Coordinated Science Laboratory du Université de l'Illinois.

Vers une vraie autonomie

Au cours des années 1980, les premiers systèmes de navigation basés sur la vision ont été mis en œuvre dans trois grands projets. Le premier véhicule à utiliser cette technologie fut le projet Navlab¹³ de l'Université Carnegie Mellon, développé entre 1986 et 1995 — la dernière itération rapportait une autonomie de 98 % sur 2850 milles à travers les États-Unis.
Le deuxième exemple était le fourgon robotique de Mercedes-Benz, qui atteignait une vitesse de près de 60 miles par heure dans des rues sans circulation¹⁰. Par la suite, l'organisation EUREKA a mené le plus grand projet de RD jamais réalisé dans le domaine des voitures sans conducteur en finançant 749 000 000 au projet Prometheus de 1987 à 1995³. Le projet a démontré plusieurs composants de la conduite autonome, tels que l'évitement des collisions, l'assistance au maintien de voie et les systèmes d'information sur les déplacements et la circulation.
Un autre exemple au cours de la même décennie était ALV, ou ALVINN (Autonomous Land Vehicle in a Neural Network)⁵, financé par DARPA, développé en 1988. Il utilisait un réseau neuronal entièrement connecté à 2 couches pour convertir les entrées du LIDAR et les images de la route en véhicule. commandes, conduisant à la vitesse de jusqu'à 19 milles par quatre.

Révolution technologique

Alors que le développement des véhicules autonomes progressait progressivement à mesure que les systèmes devenaient de mieux en mieux, il y a trois vagues d'une «révolution technologique» qui revêtaient une importance particulière pour le domaine.

Première vague - Systèmes de navigation et le défi DARPA

La première vague s'est concentrée sur l'exploitation de la technologie de navigation émergente, à savoir le système de positionnement global (GPS) et les unités de mesure inertielle (IMU), développées au tournant du siècle. Avec le GPS, les systèmes de conduite autonomes pouvaient déterminer la position de la voiture à moins d'un mètre - bien que ce soit une réalisation incroyable, cela n'était pas suffisant pour une conduite et une navigation précises dans le trafic routier. Cela a été amélioré avec l'introduction d'IMU, qui mesurent les forces d'accélération dans la voiture et qui ont augmenté la précision de la navigation GPS jusqu'à 5 cm.

Les défis ouverts et les grands concours sont des facteurs essentiels pour de nouvelles innovations dans de nombreux domaines de recherche - par exemple, le défi ILSVRC⁹ destiné à stimuler le développement et la recherche de techniques de reconnaissance d'images. L'équivalent dans le domaine de la conduite autonome était le Grand Challenge de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en 2004. La première compétition a eu lieu dans la région du désert de Mojave aux États-Unis, et la tâche consistait à parcourir un itinéraire de 150 milles. Un prix d'un million de dollars a été offert pour la première place; cependant, aucune des équipes participantes n'a terminé le parcours. La distance la plus éloignée a été parcourue par le Humvee de CMU, ne parcourant que 7,32 miles avant de s'accrocher à un rocher après avoir fait un virage en arrière. Par conséquent, un deuxième Grand Challenge DARPA était prévu pour l'année suivante - cette fois,

Deuxième vague - Les géants de la technologie se joignent à la bataille

Au fil des ans, la qualité des capteurs utilisés dans les véhicules s'est considérablement améliorée et les systèmes basés sur la vision sont devenus de plus en plus populaires. Vers 2006, de meilleurs systèmes LIDAR ont été développés, les systèmes de caméras se sont considérablement améliorés et les premières méthodes de reconstructions 3D précises ont été introduites, ce qui a aidé à reconnaître et à localiser les obstacles. Ces technologies ont considérablement fait progresser la recherche sur la conduite autonome, et bientôt, de grandes entreprises technologiques sont entrées dans le domaine. Par exemple, en 2009, Google a commencé à développer secrètement son prototype appelé "Waymo". En 2015, ils ont déclaré un investissement de 1 milliard de dollars dans la recherche et le développement. Récemment, ils ont également publié une reconstruction à grande échelle de San Francisco à partir de 2,8 millions de photos en utilisant une technique basée sur Neural Radiance Fields (NeRF)¹¹.

De nombreux grands constructeurs automobiles, tels que GM, Ford, Audi, BMW, …, travaillent sur des systèmes de voiture sans conducteur depuis 2005. En 2010, une voiture autonome a parcouru près de 10 000 miles de l'Italie à Shanghai dans le cadre du VisLab Intercontinental Autonomous Challenge (VIAC), en suivant de manière autonome une voiture guide roulant devant. D'autres expériences dans de petites zones géo-clôturées avec un trafic réel ont été menées, comme le projet Stadtpilot développé par l'Université technique de Braunschweig en 2010⁷. Au cours de la même année, les premières préoccupations liées aux lois et à l'éthique ont été soulevées - en particulier, un avocat du California Department of Motor Vehicles a déclaré que "la technologie est en avance sur la loi dans de nombreux domaines ", citant la loi de l'État exigeant que les véhicules aient un opérateur humain à tout moment¹².

Troisième vague — Révolution technologique

La prochaine étape majeure du développement qui pourrait être considérée comme la troisième vague de la révolution technologique s'est produite en 2012. Avec l'avancement des méthodes d'apprentissage automatique, d'apprentissage de représentation et d'apprentissage en profondeur, les systèmes d'auto-conduite sont devenus de plus en plus précis. De nouveaux concours et benchmarks ont permis de comparer différentes technologies et méthodes de manière uniforme, ce qui a incité de nombreuses équipes de recherche à continuer à développer de nouvelles techniques.

En 2014, Mercedes-Benz a présenté son modèle de Classe S équipé de fonctionnalités telles que le maintien automatique de la voie, la direction autonome, l'accélération et le freinage, ainsi que l'évitement des collisions à grande vitesse. La même année, la Society of Automotive Engineers (SAE) a publié une taxonomie comparant différents niveaux de technologies de conduite autonome, créant cinq catégories d'autonomie¹¹. Selon ce système, la Classe S atteint une autonomie de niveau 2.

L'industrie de la conduite autonome d'aujourd'hui

L'implication croissante de grandes entreprises dans le développement de certains composants ou de systèmes complets pour les voitures autonomes a rapidement formé une industrie à part entière. De nombreuses grandes entreprises, comme Uber et Tesla, ont lancé des départements de recherche entiers en 2015 et 2016, embauchant de nombreux scientifiques et ingénieurs. Malheureusement, le développement a de nouveau été marqué par des revers, notamment en 2016 et 2018, en raison de deux accidents mortels de véhicules Tesla, soulevant des questions juridiques et ébranlant la confiance dans la technologie de conduite autonome.

En 2017, Audi a annoncé que son nouveau modèle A8 serait entièrement autonome. Contrairement aux autres voitures, il n'y aurait pas besoin de faire des contrôles de sécurité comme toucher le volant toutes les 15s. Pour faire référence au tableau des niveaux d'autonomie, cela signifierait une autonomie de niveau 3. Cependant, le système n'a jamais été complètement mis en œuvre et en 2020, Audi a annoncé que le système n'allait pas être activé².

Dans les années 2020, Tesla a publié une version bêta de son système FSD à un petit groupe de testeurs aux États-Unis. Mercedes-Benz a reçu l'approbation allemande pour un système autonome de niveau 3 axé sur le maintien de voie. Plus tard, ils ont lancé les ventes de leur système Drive Pilot en Allemagne pour les modèles S Class et EQS, fonctionnant au niveau 3.

Sommaire

Cet article résume les grandes étapes du développement des véhicules autonomes. Comme nous l'avons vu, la conduite autonome a une longue histoire. Les gens ont commencé à réfléchir à des moyens de rendre les véhicules autonomes plus tôt qu'on ne le pense. Au cours des dernières décennies, cette technologie n'a cessé de s'améliorer et de devenir de plus en plus fiable jusqu'à ce qu'en 2019, le premier véhicule réalisant une autonomie de niveau 3 pour les autoroutes soit présenté. Dans la course aux voitures de plus en plus autonomes, les acteurs sont désormais nombreux, y compris les plus connus, Tesla et Waymo semblant en tête. Mais l'autonomie des niveaux 4 et 5 reste inachevée et extrêmement difficile à mettre en œuvre. En outre, plusieurs revers ont ébranlé la confiance dans la conduite autonome et mis en évidence des problèmes éthiques et juridiques. L'auto-conduite est une technologie complexe mais prometteuse,

Références

[1] SAE International. Classification des systèmes adaptatifs et glossaire sur la conduite automatisée .
Archivé de l'original le 7 octobre 2017.

[2] Stephen Edelstein. Audi renonce au
système d'aide à la conduite autonome de niveau 3 en A8. 2020.

[3] EUREKA. Projet Eurêka E!45 PROMETHEUS .
Archivé de l'original le 14 août 2018.

[4] History.com. Modèle T : la première voiture que la plupart des gens pouvaient se permettre d'
acheter. 2020.

[5] Takeo Kanade, Chuck Thorpe et William Whittaker. Projet de véhicule terrestre autonome à la CMU . Dans Actes de la quatorzième
conférence annuelle de l'ACM de 1986 sur l'informatique.

[6] Nikolaus Lang, Michael R ̈ußmann, Jeffrey Chua et Xanthi Doubara.
Faire des véhicules autonomes une réalité : leçons de Boston et au-delà. 2017.

[7] Tobias Nothdurft, Peter Hecker, Sebastian Ohl, Falko Saust, Markus Maurer, Andreas Reschka et J ̈urgen R ̈udiger B ̈ohmer. Stadtpilot : premiers essais routiers entièrement autonomes en circulation urbaine . 2012.

[8] Office allemand des brevets et des marques. Der Streit um den "Geburstag"
des Modernen Automobils.
Archivé de l'original le 2 janvier 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 et Li Fei-Fei. Défi de reconnaissance visuelle à grande échelle ImageNet .
Journal international de vision par ordinateur (IJCV). 2015.

[10] Jürgen Schmidhuber. Les faits saillants de l'histoire de la voiture robotisée par le professeur Schmidhuber. 2009.

[11] Matthew Tancik, Vincent Casser, Xinchen Yan, Sabeek Pradhan, Ben
Mildenhall, Pratul Srinivasan, Jonathan T. Barron et Henrik Kretzschmar. Block-NeRF : Synthèse évolutive de vue neuronale de grande scène . 2022.

[12] Le New York Times. Google Cars se conduit, dans le trafic. 2010.

[13] Université Carnegie Mellon. Le projet de véhicule terrestre autonome de l'Université Carnegie Mellon (NAVLAB). 2014.