¿Qué es lo que impulsa a coche autónomo?

- Hace 9 meses

¿Cómo funciona la tecnología de los vehículos autónomos de Tesla y Waymo?

En 2018, la Organización Mundial de la Salud informó que las lesiones por accidentes de tránsito eran la principal causa de muerte de las personas de entre cinco y 29 años de edad. Se estima que 1,35 millones de muertes en todo el mundo se debieron a accidentes de tráfico. Una posible solución a este problema:

No dejar que los humanos conduzcan.

En el 94% de los casos, el conductor fue el culpable. Se espera que los coches sin conductor reduzcan drásticamente las muertes relacionadas con los choques. Aquí está la prueba.

Nadie podía predecir el accidente pero el radar lo hizo y actuó por medio de una frenada de emergencia.

Los coches autónomos están lejos de ser perfectos, pero además de reducir las colisiones, se espera que los coches sin conductor aporten beneficios como una mayor productividad, una mejor gestión del tráfico y un menor consumo de energía. Pero, ¿cómo se conducen realmente los coches sin conductor?

Si su coche tiene control de crucero adaptable, ya tiene una idea. Pero estos modos apenas arañan la superficie de lo posible, cayendo en el nivel uno o dos de los seis niveles de automatización de la conducción formulados por la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE)

La fabricación de coches que funcionan en el nivel cuatro y cinco ha sido el objetivo de las empresas que persiguen la tecnología sin conductor. Un número relativamente pequeño de coches de prueba han alcanzado el nivel cuatro, mientras que ninguno ha alcanzado el nivel cinco. Lograr una completa autonomía de nivel cinco depende de tres factores tecnológicos ampliamente interconectados: sensores, software y conectividad.
Sensores, sensores y más sensores

Una amplia variedad de sensores, incluyendo radar, ultrasonido y cámaras, se instalan para dar a los coches la capacidad de «ver». Pero no hay un número definido universalmente o tipos de sensores. Las dos empresas líderes, Waymo (propiedad de la empresa matriz de Google, Alphabet) y Tesla, difieren en sus enfoques.

El sistema de Waymo

Para su I+D, Waymo modifica la minivan híbrida Chrysler Pacifica y la equipa con tecnología propia que consiste en los siguientes sensores.

Lidar

El sistema de detección y alcance de la luz emite miles de millones de pulsos de láser por segundo, a 360 grados alrededor del coche. A continuación, mide el tiempo que tardan estos rayos en volver después de reflejarse en las superficies. Utilizando esta información, el sistema crea un mapa 3D detallado de los objetos y el entorno que rodea al coche. El sistema de Waymo tiene tres sensores lidar: corto alcance, medio alcance y alto alcance. Como estos sensores emiten luz, pueden funcionar durante el día o la noche. Pero no son fiables en condiciones de mal tiempo.
Cámaras

El sistema de visión consiste en varias cámaras de alta resolución que cubren la parte delantera, los laterales y la parte trasera del vehículo. A diferencia del lidar, las cámaras pueden detectar el color, lo cual es útil para detectar los semáforos, las señales de las zonas en construcción y las luces de los vehículos de emergencia. Estas cámaras están diseñadas para trabajar en situaciones de luz diurna y de poca luz, pero como cualquier otra cámara, la resolución disminuye a medida que la luz disminuye.

Radar

Un sistema de radar instalado alrededor del coche emite ondas de radio que rebotan después de golpear los objetos y utiliza el tiempo que tarda la onda en regresar para juzgar la distancia y la velocidad de los objetos alrededor del coche. La ventaja del radar sobre los otros sensores es su capacidad de funcionar en múltiples condiciones climáticas, incluyendo lluvia, nieve y niebla. Pero estos sensores tienen un bajo nivel de detalle cuando se trata de reconocer formas y otras características similares.
Sensores suplementarios

Varios otros sensores, incluyendo el GPS, los ultrasonidos y los micrófonos, se suman a la información recogida.

El enfoque de Waymo, centrado en el lidar, es similar al de la mayoría de las otras compañías que persiguen la tecnología sin conductor, incluyendo Uber y GM. Pero Tesla está tomando otra ruta.

El sistema de Tesla

Sensores en un coche de Tesla. Imagen: Tesla

Elon Musk, fundador y director general de Tesla, es famoso por su oposición al uso del lidar. «El lidar es una tarea de tontos», proclamó en una de las muchas ocasiones en que ha criticado el lidar. «Cualquiera que confíe en el lidar está condenado. ¡Condenado!» El argumento de Musk es que las cámaras y el software pueden hacer todo lo que los lidares de 7.000 dólares pueden hacer, pero a una fracción del costo. Aunque su afirmación tiene cierto respaldo, todas las demás empresas que trabajan con coches sin conductor parecen confiar en el enfoque del lidar, con la esperanza de que el coste disminuya con el tiempo.

El sistema de Piloto Automático de Tesla consiste en:

– Ocho cámaras que cubren la parte delantera, los lados y la parte trasera, proporcionando imágenes de 360 grados de los alrededores del coche.
– Doce sensores de ultrasonidos que complementan las cámaras y pueden detectar objetos mucho más cercanos al coche, lo que resulta especialmente útil para ayudar a aparcar y detectar cuando los coches están entrando en el mismo carril.
– Un radar frontal que utiliza ondas de radio para juzgar la distancia y la velocidad de los objetos en todas las condiciones climáticas.

Piloto automático de Tesla en acción.

Aunque los diversos sensores de los enfoques de Tesla y Waymo captan un tesoro de datos inestimables, esta información es inútil por sí sola. El software del vehículo procesa estos datos y funciona como el cerebro detrás del futuro sin conductor.

El cerebro

Al igual que los sensores, los enfoques de software difieren de una empresa a otra. A diferencia de los sensores, sabemos mucho menos acerca de esos diferentes enfoques, en parte porque las compañías protegen fuertemente la I.A. en sus coches sin conductor. Pero en general, el software debe ser capaz de tomar todos los datos de los sensores y darles sentido.

Waymo describe las tres tareas principales que el software debe realizar: percepción, predicción del comportamiento y planificación de acciones.
Percepción

La percepción es la clasificación de los objetos después de fusionar la información de todos los sensores. Permite que el coche distinga entre peatones, ciclistas, coches y otros objetos y que comprenda en qué carril debe estar el coche (incluso cuando no hay marcas), así como las señales de tráfico y los semáforos. La percepción implica estimar la velocidad, la distancia y la dirección del objeto. Una forma en que el software percibe es comparando una señal en vivo con un mapa de alta calidad de la misma ubicación y enfocándose en las diferencias.
Predicción del comportamiento

La predicción del comportamiento implica predecir lo que los objetos percibidos probablemente harán a continuación. Por ejemplo, un peatón podría cruzar la carretera o un coche podría pasar al mismo carril. Si un ciclista hace un gesto para doblar usando señales de mano, el auto tiene que recogerlo también.
Planificación de acciones

La planificación de la acción implica decidir qué hacer a continuación basándose en la percepción y la predicción del comportamiento. Le dice al auto si debe moverse o detenerse, a qué velocidad debe ir y a dónde debe ir.

Para completar estas tareas, el software se somete a kilómetros y kilómetros de pruebas utilizando diferentes tipos de carreteras, condiciones meteorológicas y escenarios de casos límite.

Waymo ha puesto su software a través de 10 mil millones de millas virtuales a través de simulaciones por ordenador y 10 millones de millas del mundo real a través de su flota de coches de prueba. El software de Tesla aprovecha los cientos de miles de Teslas en la carretera, aprendiendo de ellos al capturar todos los datos valiosos que producen mientras conducen y aplicando algoritmos de red neuronal profunda a los resultados. La ventaja en la carretera le da a Tesla miles de millones de kilómetros en el mundo real con los que trabajar.

En su actual nivel de sofisticación, Waymo ha alcanzado el nivel cuatro de automatización y tiene taxis sin conductor operando en Phoenix, Arizona. Sus coches tienen la menor tasa de desenganche – la frecuencia con la que un humano debe tomar el volante – a 0,09 veces cada 1.000 millas. Para poner esto en contexto, si un coche Waymo viajara a través de los Estados Unidos y de regreso, un humano tendría que tomar el control del coche menos de una vez en promedio.

Los coches de carretera de Tesla han alcanzado el nivel tres de automatización con su capacidad para dirigir, frenar, acelerar, entrar y salir de las autopistas, y navegar dentro y fuera de las plazas de aparcamiento. La compañía promete una capacidad de autoconducción total (nivel cuatro o cinco) en todos sus coches a través de actualizaciones de software en los próximos años. En el material promocional de Autopilot en el sitio web de Tesla, la empresa afirma: «Todo lo que tendrá que hacer es entrar y decirle a su coche adónde ir». Si no dice nada, el coche mirará su calendario y le llevará allí como destino supuesto o simplemente a casa si no hay nada en el calendario».
Conectividad

La última pieza para resolver el rompecabezas sin conductor también resulta ser la menos desarrollada: la conectividad.

Mientras que un coche puede navegar, dirigir, acelerar y frenar de forma fiable utilizando solo el software y el hardware de a bordo, para alcanzar una completa autonomía es necesario que los coches estén conectados al mundo exterior de múltiples maneras.

De vehículo a infraestructura (V2I)

Los coches deben ser capaces de recibir y enviar información a las infraestructuras para que la conducción autónoma sea un proceso sin problemas. Por ejemplo, las plazas de aparcamiento de su destino deberían poder emitir la disponibilidad de espacio y reservar este espacio si se solicita. El coche entonces navegará automáticamente a este punto sin interferencia humana. Los coches pueden recibir directamente la información de los semáforos, estaciones meteorológicas y agencias de reparación de carreteras locales.

De vehículo a vehículo (V2V)

Los coches necesitan poder comunicarse entre sí. Esto evitará los choques ya que cada coche está transmitiendo su velocidad y ubicación en tiempo real. Si un auto detecta una situación de peligro, necesita pasar esta información a los coches detrás de él para que esos vehículos puedan encontrar una ruta alternativa o comenzar a disminuir la velocidad.

Vehículo a las personas (V2P)

Los coches deben ser capaces de detectar a las personas (peatones, ciclistas) comunicándose con sus teléfonos inteligentes. Estos teléfonos pueden transmitir las posiciones de sus usuarios en tiempo real, lo que ayudará a los coches a evitar colisiones.

Todo lo anterior se denomina, en términos generales, vehículo para todo (V2X). Este aspecto está actualmente subdesarrollado debido a que la tecnología de conectividad requerida se está quedando atrás. Estas comunicaciones deben ser instantáneas y altamente fiables, lo que la tecnología actual de 4G no garantiza. Las cosas cambiarán con la llegada de la tecnología celular 5G, que promete aumentar enormemente el ancho de banda de la transmisión inalámbrica de datos.

¿Estamos lejos de un futuro sin conductor?

Los países que cuentan con una excelente infraestructura vial y con normas de tráfico bien aplicadas están a punto de superar los obstáculos tecnológicos de los sensores, el software y la conectividad, pero esta es la parte fácil. Los verdaderos desafíos consisten en demostrar la seguridad, abordar las preocupaciones éticas y legales, y dirigirse a las diferentes partes interesadas (camioneros, taxistas) que probablemente se vean afectados negativamente por el cambio a los vehículos sin conductor.

¿Quién asumirá la culpa legal en caso de un accidente en el que esté involucrado un coche sin conductor, especialmente uno que no tenga volante? ¿Es el fabricante del coche, el propietario, el pasajero o el proveedor de la tecnología autónoma? Las consideraciones éticas son más intrigantes: Si una colisión es inevitable, ¿a quién debería el coche dar prioridad para proteger: a un peatón que cruza la calle o al pasajero del coche?

Es posible que los niños que nazcan dentro de una década no tengan que aprender a conducir. En consecuencia, no podrán apreciar plenamente sus excelentes habilidades para aparcar en paralelo, su capacidad para las carreras o su resistencia para conducir en el campo, y si viven en ciudades como Bombay o Moscú, su paciencia y perseverancia para aguantar horas de tráfico. También puede haber consecuencias imprevistas. Cuando se introdujeron por primera vez los coches que tenemos hoy en día se denominaron extrañamente carros sin caballos. De la misma manera, lo que hoy llamamos coches sin conductor podría parecer absurdo en un futuro no muy lejano.