Lời hứa về những chiếc xe tự lái giúp việc vận chuyển của chúng ta trở nên an toàn hơn, thuận tiện hơn và hiệu quả hơn rõ ràng là vô cùng hấp dẫn. Sẽ không còn phải tập trung vào công việc lái xe nữa và chúng ta sẽ có nhiều thời gian hơn cho các hoạt động khác. Nhưng nhiều lý do khác biện minh cho việc nghiên cứu và phát triển công nghệ không người lái. Một số ví dụ bao gồm giảm số vụ tai nạn lên tới 87 %, giúp giao thông vận tải hiệu quả hơn, hiệu quả hơn và giá cả phải chăng, đảm bảo khả năng tiếp cận phương tiện giao thông cho người khuyết tật, giảm ô nhiễm và khí thải từ ống xả lên tới 66 %, v.v.⁶.

Giấc mơ lái xe tự hành có lẽ đã lâu đời như ô tô, nhưng quyền tự chủ hoàn toàn vẫn là một trong những thách thức lớn của khoa học và kỹ thuật máy tính. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét bối cảnh lịch sử của sự phát triển ô tô không người lái và nhiều thất bại làm nổi bật những thách thức của việc lái xe tự động.

Sự khởi đầu của ngành công nghiệp ô tô

Mặc dù chúng ta có thể đi xa đến thế kỷ 18 khi nói về những chiếc ô tô đầu tiên, nhưng cột mốc hợp lý đầu tiên cho phạm vi bài viết này là năm 1886. Năm đó, Carl Benz đã phát triển chiếc ô tô chạy bằng xăng đầu tiên với động cơ đốt trong — “ Bằng sáng chế Benz-Motorwagen Nummer 1 ”⁸.
Năm 1908, Ford Motor Company giới thiệu Ford Model T — chiếc ô tô đầu tiên được sản xuất hàng loạt trên dây chuyền lắp ráp chuyển động⁴. Đương nhiên, tất cả những chiếc xe và mẫu xe này được giới thiệu trong những thập kỷ tiếp theo đều do người lái điều khiển.

Những bước tự chủ đầu tiên

Nỗ lực đầu tiên hướng tới việc lái xe tự động được thực hiện vào năm 1925 bởi Houdina Radio Control với " Kỳ quan Mỹ " - ​​một chiếc ô tô điều khiển bằng sóng vô tuyến lái qua dòng xe cộ đông đúc trên đường phố Thành phố New York. Về mặt kỹ thuật, chiếc xe này không có người lái, nhưng nó vẫn được điều khiển hoàn toàn bởi một người điều khiển trên một chiếc xe khác đi sau chiếc xe. Do đó, mặc dù nó đánh dấu một bước quan trọng đối với việc phát minh ra ô tô tự lái, nhưng nó vẫn còn xa so với những gì chúng ta nghĩ là lái xe hoàn toàn tự động.

Trong vài thập kỷ tiếp theo, những người khác đã làm theo ý tưởng tương tự là chỉ điều hướng ô tô thông qua bộ điều khiển bên ngoài. Một cách tiếp cận phổ biến là nhúng một số loại mạch điều hướng vào lòng đường. Ví dụ đầu tiên về hệ thống hướng dẫn như vậy đã được trưng bày tại Hội chợ Thế giới năm 1939 do General Motors tài trợ - nguyên mẫu của họ được dẫn hướng thông qua cáp từ được nhúng trực tiếp trên đường. Ý tưởng này đã được tiếp tục bởi nhiều nhà nghiên cứu, chẳng hạn như RCA Labs, trong suốt những năm 1950, từ việc điều khiển một chiếc ô tô thu nhỏ bằng dây điện đặt trên sàn phòng thí nghiệm vào năm 1953 đến một cuộc trình diễn quy mô lớn vào năm 1957 và 1960.

Trong những năm 1950 và 1960, GM đã giới thiệu một loạt ô tô thử nghiệm có tên "Firebirds", được mô tả là có "hệ thống hướng dẫn điện tử [có thể] lao qua đường cao tốc tự động trong khi người lái xe thư giãn ".

Các thí nghiệm tương tự đã được thực hiện trong những năm 1960 tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Giao thông và Đường bộ của Vương quốc Anh với chiếc Citroen DS19, được giới thiệu vào năm 1970. Nó có thể đi qua đường thử với tốc độ 80 dặm một giờ và dự kiến ​​sẽ ngăn chặn được khoảng 40% các vụ tai nạn. , nếu sự phát triển đã tiếp tục. Đây là một trong những cột mốc quan trọng cuối cùng của công nghệ dựa trên cơ sở hạ tầng cáp được xây dựng trên đường, vì kinh phí cho những thí nghiệm này đã bị rút lại vào giữa những năm 1970, sau đó là nghiên cứu sơ bộ về các hệ thống thông minh được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Khoa học Phối hợp của Đại học Illinois.

Hướng tới tự chủ thực sự

Trong những năm 1980, các hệ thống định vị dựa trên tầm nhìn đầu tiên đã được triển khai trong ba dự án lớn. Phương tiện đầu tiên sử dụng công nghệ này là dự án Navlab của Đại học Carnegie Mellon¹³, được phát triển từ năm 1986 đến năm 1995 — lần lặp lại cuối cùng báo cáo khả năng tự chủ là 98 % 2850 dặm trên khắp Hoa Kỳ.
Ví dụ thứ hai là xe van rô-bốt của Mercedes-Benz, đã đạt được tốc độ gần 60 dặm một giờ trên những con phố vắng xe¹⁰. Sau đó, tổ chức EUREKA đã tiến hành dự án RD lớn nhất từ ​​trước đến nay trong lĩnh vực ô tô không người lái bằng cách tài trợ 749.000.000 cho Dự án Prometheus từ năm 1987 đến năm 1995³. Dự án đã trình diễn một số thành phần của lái xe tự trị, chẳng hạn như tránh va chạm, hỗ trợ giữ làn đường và hệ thống thông tin giao thông và đi lại.
Một ví dụ khác trong cùng thập kỷ là ALV, hay ALVINN (Phương tiện mặt đất tự hành trong mạng thần kinh)⁵, do DARPA tài trợ, được phát triển vào năm 1988. Nó sử dụng mạng thần kinh 2 lớp được kết nối đầy đủ để chuyển đổi đầu vào từ LIDAR và hình ảnh đường xá sang phương tiện lệnh, lái xe ở tốc độ lên đến 19 dặm trên bốn.

cuộc cách mạng công nghệ

Trong khi sự phát triển của các phương tiện tự hành dần dần tiến triển khi các hệ thống ngày càng trở nên tốt hơn, thì có ba làn sóng của một “cuộc cách mạng công nghệ” có tầm quan trọng đặc biệt đối với lĩnh vực này.

Làn sóng đầu tiên - Hệ thống định vị và Thách thức DARPA

Làn sóng đầu tiên tập trung vào việc khai thác công nghệ điều hướng mới nổi, cụ thể là Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và Đơn vị đo lường quán tính (IMU), được phát triển vào khoảng đầu thế kỷ này. Với GPS, các hệ thống lái xe tự động có thể xác định vị trí của ô tô trong vòng một mét — mặc dù đây là một thành tựu đáng kinh ngạc, nhưng nó không đủ để lái xe và điều hướng chính xác trong giao thông đường bộ. Điều này đã được cải thiện với sự ra đời của IMU, thiết bị đo lực gia tốc bên trong ô tô và giúp tăng độ chính xác của định vị GPS lên tới 5 cm.

Các thử thách mở và các cuộc thi lớn là những yếu tố cần thiết để đổi mới hơn nữa trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu — ví dụ: thử thách ILSVRC⁹ nhằm thúc đẩy sự phát triển và nghiên cứu các kỹ thuật nhận dạng hình ảnh. Tương đương trong lĩnh vực lái xe tự động là Thử thách lớn của Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng (DARPA) vào năm 2004. Cuộc thi đầu tiên diễn ra ở vùng Sa mạc Mojave của Hoa Kỳ và nhiệm vụ là điều hướng qua một tuyến đường dài 150 dặm. Giải thưởng một triệu đô la đã được trao cho vị trí đầu tiên; tuy nhiên, không đội nào tham gia hoàn thành lộ trình. Quãng đường xa nhất thuộc về chiếc Humvee của CMU, chỉ hoàn thành 12 km trước khi bị treo lên một tảng đá sau khi rẽ ngược. Do đó, Thử thách lớn DARPA lần thứ hai đã được lên kế hoạch cho năm sau — lần này,

Làn sóng thứ hai — Những gã khổng lồ công nghệ tham gia trận chiến

Trong những năm qua, chất lượng của các cảm biến được sử dụng trong xe đã được cải thiện đáng kể và các hệ thống dựa trên tầm nhìn ngày càng trở nên phổ biến. Khoảng năm 2006, các hệ thống LIDAR tốt hơn đã được phát triển, hệ thống máy ảnh được cải thiện đáng kể và các phương pháp tái tạo 3D chính xác đầu tiên đã được giới thiệu, giúp nhận biết và định vị các chướng ngại vật. Những công nghệ này đã nâng cao đáng kể nghiên cứu về lái xe tự động và ngay sau đó, các công ty công nghệ lớn đã tham gia vào lĩnh vực này. Ví dụ, vào năm 2009, Google bắt đầu bí mật phát triển nguyên mẫu của họ có tên là “Waymo”. Đến năm 2015, họ đã báo cáo khoản đầu tư 1 tỷ đô la vào nghiên cứu và phát triển. Gần đây, họ cũng đã công bố bản tái tạo quy mô lớn của San Francisco từ 2,8 triệu bức ảnh bằng cách sử dụng kỹ thuật dựa trên Trường bức xạ thần kinh (NeRF)¹¹.

Nhiều nhà sản xuất ô tô lớn như GM, Ford, Audi, BMW,… đã bắt tay vào phát triển hệ thống xe không người lái từ năm 2005. Năm 2010, một chiếc xe tự lái đã di chuyển gần 10.000 dặm từ Ý đến Thượng Hải như một phần của dự án. VisLab Intercontinental Autonomous Challenge (VIAC), tự động bám theo xe dẫn đường phía trước. Nhiều thử nghiệm hơn ở các khu vực nhỏ, có hàng rào địa lý với lưu lượng truy cập thực đã được thực hiện, chẳng hạn như dự án Stadtpilot do Đại học Kỹ thuật Braunschweig phát triển vào năm 2010⁷. Trong cùng năm đó, những lo ngại đầu tiên liên quan đến luật pháp và đạo đức đã được nêu ra — cụ thể, một luật sư của Bộ Phương tiện Cơ giới California nói rằng ” công nghệ đi trước luật pháp trong nhiều lĩnh vực ”, trích dẫn luật tiểu bang yêu cầu các phương tiện phải có luôn có người vận hành¹².

Làn sóng thứ ba — Cách mạng công nghệ

Cột mốc quan trọng tiếp theo của sự phát triển có thể coi là làn sóng cách mạng công nghệ lần thứ ba xảy ra vào năm 2012. Với sự tiến bộ của các phương pháp Học máy, Học đại diện và Học sâu, các hệ thống tự lái ngày càng trở nên chính xác hơn. Các cuộc thi và điểm chuẩn mới giúp so sánh các công nghệ và phương pháp khác nhau một cách thống nhất, điều này cho phép khuyến khích nhiều nhóm nghiên cứu tiếp tục phát triển các kỹ thuật mới.

Năm 2014, Mercedes-Benz giới thiệu mẫu S Class được trang bị các tính năng như tự động giữ làn, tự lái, tăng tốc và phanh, cũng như tránh va chạm ở tốc độ cao. Trong cùng năm đó, Hiệp hội kỹ sư ô tô (SAE) đã công bố một phân loại so sánh các cấp độ khác nhau của công nghệ tự lái, tạo ra năm loại tự chủ¹¹. Theo hệ thống này, S Class đã đạt được Quyền tự chủ cấp 2.

Công nghiệp tự lái của ngày nay

Sự tham gia ngày càng tăng của các công ty lớn trong việc phát triển một số thành phần hoặc hệ thống hoàn chỉnh cho ô tô tự lái đã sớm hình thành cả một ngành công nghiệp. Nhiều công ty lớn, chẳng hạn như Uber và Tesla, đã thành lập toàn bộ bộ phận nghiên cứu vào năm 2015 và 2016, thuê nhiều nhà khoa học và kỹ sư. Thật không may, quá trình phát triển lại bị đánh dấu bằng những thất bại, đặc biệt là vào năm 2016 và 2018, do hai vụ tai nạn xe Tesla chết người, đặt ra các câu hỏi pháp lý và giảm niềm tin vào công nghệ lái xe tự động.

Vào năm 2017, Audi đã thông báo rằng mẫu A8 mới của họ sẽ hoàn toàn tự lái. Trái ngược với những chiếc xe khác, sẽ không cần phải kiểm tra an toàn như chạm vào vô lăng cứ sau 15 giây. Để tham khảo biểu đồ Mức độ tự chủ, điều này có nghĩa là quyền tự chủ cấp độ 3. Tuy nhiên, hệ thống này chưa bao giờ được triển khai đầy đủ và vào năm 2020, Audi đã thông báo rằng hệ thống này sẽ không được kích hoạt².

Vào những năm 2020, Tesla đã phát hành phiên bản beta của hệ thống FSD của họ cho một nhóm nhỏ những người thử nghiệm ở Hoa Kỳ. Mercedes-Benz đã nhận được sự chấp thuận của Đức cho hệ thống tự trị cấp độ 3 tập trung vào việc giữ làn đường. Sau đó, họ bắt đầu bán hệ thống Drive Pilot của mình ở Đức cho các mẫu S Class và EQS, hoạt động ở Cấp độ 3.

Bản tóm tắt

Bài viết này đã tóm tắt các mốc quan trọng trong quá trình phát triển xe tự hành. Như chúng ta đã thấy, xe tự lái đã có lịch sử lâu đời. Mọi người bắt đầu nghĩ về cách làm cho phương tiện tự hành sớm hơn người ta có thể nghĩ. Trong những thập kỷ qua, công nghệ này đã tiếp tục cải tiến và ngày càng trở nên đáng tin cậy hơn cho đến năm 2019, phương tiện đầu tiên thực hiện quyền tự chủ Cấp độ 3 cho đường cao tốc đã được giới thiệu. Trong cuộc đua ngày càng có nhiều ô tô tự hành, hiện có nhiều đối thủ, bao gồm cả những người nổi tiếng, với Tesla và Waymo dường như đang dẫn đầu lĩnh vực này. Nhưng quyền tự chủ cấp độ 4 và 5 vẫn chưa đạt được và cực kỳ khó thực hiện. Ngoài ra, một số thất bại đã làm giảm niềm tin vào xe tự lái và đưa các vấn đề đạo đức và pháp lý lên hàng đầu. Tự lái là một công nghệ phức tạp nhưng đầy hứa hẹn,

Người giới thiệu

[1] SAE Quốc tế. Bảng thuật ngữ và phân loại hệ thống AdaptIVe về Lái xe tự động .
Bản gốc lưu trữ ngày 7 tháng 10 năm 2017.

[2] Stephen Edelstein. Audi từ bỏ
hệ thống hỗ trợ người lái tự động cấp độ 3 trên A8. 2020.

[3] EUREKA. Dự án Eureka E!45 PROMETHEUS .
Bản gốc lưu trữ ngày 14 tháng 8 năm 2018.

[4] Lịch sử.com. Model T: Chiếc xe đầu tiên mà hầu hết mọi người đều có thể
mua được. 2020.

[5] Takeo Kanade, Chuck Thorpe và William Whittaker. Dự án xe tự hành trên đất liền tại CMU . Trong Kỷ yếu của
Hội nghị thường niên lần thứ 14 ACM về Khoa học Máy tính năm 1986.

[6] Nikolaus Lang, Michael R ̈ußmann, Jeffrey Chua và Xanthi Doubara.
Biến phương tiện tự hành thành hiện thực: Bài học từ Boston và hơn thế nữa. 2017.

[7] Tobias Nothdurft, Peter Hecker, Sebastian Ohl, Falko Saust, Markus Maurer, Andreas Reschka, và J ̈urgen R ̈udiger B ̈ohmer. Stadtpilot: Lần đầu tiên lái thử hoàn toàn tự động trong giao thông đô thị . 2012.

[8] Văn phòng nhãn hiệu và bằng sáng chế Đức. Der Streit um den ”Geburstag”
của Ô tô hiện đại.
Bản gốc lưu trữ ngày 2 tháng 1 năm 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, và Li Fei-Fei. Thử thách nhận dạng hình ảnh quy mô lớn ImageNet
. Tạp chí Quốc tế về Tầm nhìn Máy tính (IJCV). 2015.

[10] Juergen Schmidhuber. Những điểm nổi bật của lịch sử ô tô rô bốt của Giáo sư Schmidhuber. 2009.

[11] Matthew Tancik, Vincent Casser, Xinchen Yan, Sabeek Pradhan, Ben
Mildenhall, Pratul Srinivasan, Jonathan T. Barron, và Henrik Kretzschmar. Block-NeRF: Tổng hợp chế độ xem thần kinh cảnh lớn có thể mở rộng . 2022.

[12] Thời báo New York. Google Ô tô tự lái, trong Giao thông. 2010.

[13] Đại học Carnegie Mellon. Dự án xe tự hành trên đất liền của Đại học Carnegie Mellon (NAVLAB). 2014.