نگاهی به تکنولوژی های به کار گرفته شده در اتومبیل های خودران گوگل

چند سالی است که توسعه خودروهای بدون راننده رشد بیشتری داشته و از سال ها پیش نیز شرکت های بزرگ و حتی سازندگان اتومبیل در تلاش و تکاپو  برای هوشمندسازی محصولات خود و حتی خودکار کردن آنها بوده اند.

بدون شک گوگل را می توان یکی از پرچمداران توسعه این فناوری دانست که به ویژه در سال های اخیر با توسعه و آزمایش نمونه های خود، دست یابی به این رویا را امکان پذیرتر و البته کم خطرتر کرده است.

در این مقاله به طور خلاصه خواهیم گفت که اتومبیل های بدون راننده گوگل چگونه محیط اطراف خود را می بینند و صفر و یک ها چگونه مسیر را برای سفری امن هموار می کنند. با دیجیاتو همراه باشید.

گوگل نخستین کمپانی است که به طور جدی مشغول پژوهش و ساخت یک خودروی بدون راننده تجاری و قابل عرضه در بازار عمومی بوده و البته باید پذیرفت که هنوز راه درازی در پیش داشته و موانع زیادی برای دست یابی به هدف نهایی وجود دارد.

بخشی از این مشکلات مقبولیت اجتماعی است، شاید هنوز بسیاری از مردم علاقه ای به خرید خودروهای رباتیک نداشته باشند و آنها را غیرقابل اطمینان بدانند و این درحالیست که استفاده از این خودروها در آینده می تواند از بسیاری از تصادفات -که بیشترین مقصر آنها خود راننده ها و خطاهای انسانی است- بکاهد.

از طرف دیگر، در بسیاری از شهرها و کشورها هنوز قانون مشخصی برای ورود این دسته از اتومبیل ها به خیابان ها وجود ندارد.

بخشی دیگر -که به اندازه همان اولی اهمیت زیادی دارد- قیمت تمام شده برای خریداران است. خودروی گوگل از فناوری ها و ابزارآلات بسیار دقیق و پیشرفته ای استفاده می کند که همین عوامل موجب بالارفتن هزینه تولید در مرحله فعلی محسوب می شود، تجهیزات مورد استفاده ی گوگل در این زمینه ارزشی در حدود صد و پنجاه هزار دلار دارند.

همه ما می دانیم که جاده هایی با استانداردهای کنونی برای خودروهای رباتیک مناسب نیستند، بنابراین طراحی این اتومبیل ها باید به گونه ای باشد تا بتوانند همه نوع موانع محیطی از خودروهای دیگر گرفته تا پیاده ها، دوچرخه سواران و عوارض جاده ای را تشخیص دهند.

یک اتومبیل بدون راننده باید عوامل محیطی مختلفی را با کمترین خطای ممکن شناسایی کرده و با استفاده از الگوریتم های خود برای توقف، کاهش سرعت و یا انحراف تصمیم بگیرد و مسلما همه این تصمیم گیری ها باید بدون دخالت انسان صورت پذیرند.

هرکدام از این تجهیزات دارای مزایا و معایبی هستند و هرکدام میزان میدان دید متفاوتی از یکدیگر دارند که بسته به شرایط، جهت تشخیص به کار برده می شوند.

یکی از تجهیزات سنجشی که شاید بیش از همه در تصاویر منتشر شده از خودروی گوگل جلب توجه می کند، شیء گنبدی شکلی است که در بالای سقف نصب شده است. در حقیقت بیشتر بار سنجشی این اتومبیل بدون راننده برعهده همین شیء گنبدی شکل است که لیدار (LIDAR) نام دارد.

لیدار چیست؟

لیدار یا رادار نوری (LIDAR= Light Radar) یک وسیله سنجشی پرکاربرد متشکل از زیرسامانه های کنترلی و فرستنده و گیرنده است. لیدار یک تکنیک قدرتمند در سنجش از راه دور محسوب می شود که در واقع اساس کاری آن دقیقا مشابه رادار است و اختلاف این دو تنها در طول موج های تابشی آنهاست. رادار طول موج هایش در ناحیه رادیویی بوده و لیدار طول موج های نوری لیزری دارد.

توسعه و ساخت این ابزار به اوایل دهه 60 میلادی و اندکی پس از اختراع لیزر برمی گردد و حتی در طول ماموریت آپولو 15 در سال 1971، فضانوردان برای نقشه برداری از سطح کره ماه از آن استفاده کردند. این ابزار کاربردهای بسیار وسیعی در علوم هوایی، جنگی، هواشناسی، باستان شناسی و... دارد.

لیدار با استفاده از محاسبه اختلاف زمان بین تابش پالس های لیزری و دریافت آنها پس از برخورد و بازتاب از اجسام محیطی، فاصله آنها را تعیین می کند.

شرکت گوگل از لیدار HDL-64E متعلق به کمپانی وِلوداین (Velodyne) استفاده می کند که ویژه سنجش موانع محیطی خودروهای زمینی و دریایی طراحی گشته است. این سامانه تا فاصله حدود 100 متری خودرو را مورد سنجش قرار می دهد. البته در اتومبیل مورد بحث تجهیزات دیگری با محدوده دید بیشتر نیز استفاده شده اما هیچ کدام از نظر میزان دقت قابل مقایسه با لیزر نیستند.

سامانه ی مذکور به صورت 360 درجه مدام درحال چرخش بوده و در هر ثانیه 1.3 میلیون داده نقطه ای را گزارش می کند که همین سرعت و دقت بالا، آن را تبدیل به یکی از اساسی ترین بخش های پروژه خودروهای بدون راننده کرده است.

لیدار به جای دیگر نمونه های مشابه که از یک پرتو لیزر و یک آینه گردان برای سنجش استفاده می کنند، از چهار گروه 16 تایی لیزر مستقل و دو گروه 32 واحدی گیرنده پرتوهای لیزری تشکیل شده است که کل این مجموع بر بستری گردان و با توان چرخش در سرعتی بین 300 تا 900 دور در دقیقه (5 تا 15 هرتز)، پیاده سازی شده اند.

همچنین سامانه مورد بحث از طریق ارتباط اِتِرنِت (شبکه) با دنیای خارج ارتباط برقرار می کند و داده ها را به صورت بسته های اطلاعاتی با ترتیب مشخص و منحصر بفرد بدل به خروجی می کند. زاویه دید افقی آن 360 درجه بوده و در وضعیت عمودی نیز تا 26.8 درجه را می سنجد. میزان خطای فاصله سنجی لیدار کمتر از 5 سانتی متر بوده و لیزرهای استفاده شده از نوع بی خطر برای چشم و با طول موج 905 نانومتر هستند.

[videojs mp4="http://cdn.digiato.com/Tunnel-horizontalclearance-f11-12-1.mp4"]

دوربین های استریو

گوگل چند دوربین معمولی را نیز به صورت دوتایی و با اندکی فاصله مشخص از یکدیگر برروی بدنه خارجی خودروها نصب کرده است. علت فاصله دادن دو دوربین از یکدیگر چندان هم بی شباهت به ساختار بینایی انسان نیست و تشکیل دو تصویر از زاویه های مختلف و سپس انطباق آنهاست که یک تصویر استریو را تشکیل می دهد، سپس این تصویر گسترده پردازش شده و موانع نزدیک تر با آن شناسایی می شوند. هریک از دوربین ها زاویه دید 50 درجه ای دارند و البته محدوده دید آنها 30 متر است.

رادار و سونار

سامانه لیدار گوگل یک سیستم ایده آل و تقریبا بی نقص برای تهیه نقشه دقیق سه بعدی از محیط اطراف خودرو است اما برای یک رانندگی ایمن نیازمند داشتن اطلاعات دیگری نظیر سرعت اجسام متحرک اطراف خودرو نیز هستیم که از همین رو سامانه ی یاد شده گزینه مناسبی برای بدست آوردن این داده ها نیست.

گوگل راه حلی را انتخاب کرده که امروزه نمونه ای از آن برروی بسیاری از خودروها به صورت پیش فرض تعبیه شده است. رادارها ابزاری هستند که در خودروهای عادی امروزی وظیفه تشخیص سرعت و وضعیت حرکتی خودروی جلویی را بر عهده دارند و بسته به شرایط به صورت خودکار از سرعت اتومبیل کاسته یا آن را متوقف می کنند. گونه سریعتر و دقیق تر این سامانه که کروز کنترل خودکار نیز نام دارد بر روی خودروهای بدون راننده گوگل نیز پیاده شده است. البته گوگل در آزمایش های خود این سامانه رادار را با یک سامانه سونار همگام و جفت کرده است. رادار تا 200 متر جلوتر را تشخیص می دهد و سونارها فقط تا 6 متر کارایی دارند.

GPS  (سامانه موقعیت یاب جهانی)

موقعیت یابی جغرافیایی نیز از ضروریات هدایت این خودروها محسوب می شود. اتومبیل های مذکور خودران هستند پس بنابراین کاربران آنها تنها نیاز به تعیین یک مقصد دارند.

تهیه نقشه

نرم افزار ویژه گوگل تمامی داده های خروجی از تجهیزات سنجش از راه دور را دریافت می کند و یک نقشه سه بعدی بادقت از محیط اطراف خودرو می سازد. میزان داده های دریافتی از این تجهیزات در هر ثانیه به یک گیگابایت می رسد. شاید باورکردنی نباشد اما همین صفر و یک ها سرانجام پس از تهیه نقشه و انجام پردازش های گسترده تبدیل به فرمان های حرکتی و کنترلی می شوند و در نتیجه خودرو به صورت کاملا مستقل و بدون دخالت انسان در جاده ها و خیابان ها به حرکت در می آید.

شاید کم کم وقت آن رسیده باشد که قوانین بین المللی رانندگی نیز به روز شوند و مسیر را برای تردد اتومبیل های بدون راننده در آینده نه چندان دور هموار کنند.

نظر شما درباره آینده ی این محصولات چیست؟ آن را با ما و سایر کاربران درمیان بگذارید.

[videojs mp4="http://cdn.digiato.com/Google-Self-Driving-Car-on-City-Streets.mp4"]