Le auto senza conducente sono più lontane di quanto pensi

Una BMW Serie 5 color argento si sta muovendo nel traffico a circa 120 chilometri all'ora (75 mph) su un'autostrada che taglia a nord-est la Baviera tra Monaco e Ingolstadt. Sono al posto di guida, guardo macchine e camion passare, ma non tocco il volante, il freno o il pedale dell'acceleratore da almeno 10 minuti. La BMW si avvicina a un camion che si muove lentamente. Per mantenere la nostra velocità, l'auto attiva il suo segnale di svolta e inizia a sterzare a sinistra, verso la corsia di sorpasso. Proprio come succede, un'altra macchina sterza nella corsia di sorpasso da diverse auto dietro. La BMW spegne rapidamente il segnale e torna al centro della corsia, aspettando che l'auto in corsa passi prima di riprovare.

Mettere la propria vita nelle mani di un autista robot offre uno sguardo snervante su come la guida sta per essere capovolta. L'automobile, che ha seguito un percorso di costante ma lenta evoluzione tecnologica negli ultimi 130 anni, è destinata a cambiare radicalmente nei prossimi anni, in modi che potrebbero avere impatti economici, ambientali e sociali radicali.

Questa storia faceva parte del nostro numero di novembre 2013

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I primi sistemi autonomi, in grado di controllare sterzo, frenata e accelerazione, stanno già cominciando a comparire nelle auto; questi sistemi richiedono ai conducenti di tenere d'occhio la strada e le mani sul volante. Ma la prossima generazione, come il prototipo a guida autonoma della BMW, potrebbe essere disponibile in meno di un decennio e i conducenti liberi di lavorare, inviare messaggi o semplicemente rilassarsi. Ford, GM, Toyota, Nissan, Volvo e Audi hanno tutte mostrato auto che possono guidare da sole e hanno tutte dichiarato che entro un decennio intendono vendere una qualche forma di automazione avanzata, auto in grado di prendere il controllo delle autostrade o parcheggiarsi in un garage. Google, nel frattempo, sta investendo milioni in software di guida autonoma e le sue auto senza conducente sono diventate una vista familiare sulle autostrade intorno alla Silicon Valley negli ultimi anni.

Il fascino dell'automazione per le aziende automobilistiche è enorme. In un mercato ferocemente competitivo, in cui i produttori di auto di lusso corrono per soddisfare i clienti con le ultime tecnologie, sarebbe un suicidio commerciale non investire pesantemente in un futuro automatizzato. È l'esperienza più impressionante che possiamo offrire, mi ha detto Werner Huber, l'uomo responsabile del progetto di guida autonoma della BMW, presso la sede dell'azienda a Monaco di Baviera. Ha detto che la società mira a essere una delle prime al mondo a introdurre l'autonomia autostradale.

Grazie alla guida autonoma, sembra probabile che la strada da percorrere abbia meno incidenti stradali e meno congestione e inquinamento. I dati pubblicati l'anno scorso dall'Insurance Institute for Highway Safety, un'organizzazione no profit statunitense finanziata dall'industria automobilistica, suggeriscono che le funzionalità parzialmente autonome stanno già contribuendo a ridurre gli incidenti. I suoi dati, raccolti dalle assicurazioni automobilistiche statunitensi, mostrano che le auto con sistemi di avviso di collisione frontale, che avvertono il conducente di un incidente imminente o azionano automaticamente i freni, sono coinvolte in molti meno incidenti rispetto alle auto senza di essi.

Una maggiore autonomia potrebbe ridurre ulteriormente gli incidenti stradali. La National Highway Traffic Safety Administration stima che oltre il 90% degli incidenti stradali coinvolga un errore umano, una cifra che ha portato alcuni esperti a prevedere che la guida autonoma ridurrà il numero di incidenti sulla strada di una percentuale simile. Supponendo che la tecnologia diventi onnipresente e abbia un tale effetto, i benefici per la società saranno enormi. Secondo l'American Automobile Association, quasi 33.000 persone muoiono ogni anno sulle strade degli Stati Uniti, per un costo di 300 miliardi di dollari. L'Organizzazione Mondiale della Sanità stima che ogni anno nel mondo muoiono sulle strade oltre 1,2 milioni di persone.

Nel frattempo, le dimostrazioni condotte presso l'Università della California, Riverside, nel 1997 e gli esperimenti su veicoli stradali modificati condotti da Volvo e altri nel 2011 suggeriscono che far viaggiare i veicoli in plotoni automatizzati ad alta velocità, riducendo così la resistenza aerodinamica, potrebbe ridurre il consumo di carburante di 20 per cento. E uno studio ingegneristico pubblicato l'anno scorso ha concluso che l'automazione potrebbe teoricamente consentire a quasi quattro volte il numero di auto di viaggiare su un determinato tratto di autostrada. Ciò potrebbe risparmiare alcuni dei 5,5 miliardi di ore e dei 2,9 miliardi di galloni di carburante che il Texas Transportation Institute dice che vengono sprecati ogni anno dalla congestione del traffico.

Se tutto il resto fallisce, c'è un grande pulsante rosso sul cruscotto che interrompe l'alimentazione a tutti i computer dell'auto. Mi sono esercitato a colpirlo un paio di volte.

Ma tali proiezioni tendono a trascurare quanto sarà difficile realizzare un'auto senza conducente. Se si vuole che la guida autonoma cambi radicalmente i mezzi di trasporto, deve essere sia diffusa che impeccabile. Trasformare una tecnologia così complessa in un prodotto commerciale difficilmente sarà semplice. Potrebbero volerci decenni prima che la tecnologia riduca i costi, e potrebbe volerci anche più tempo perché funzioni in modo abbastanza sicuro da fidarci dei veicoli completamente automatizzati per portarci in giro.

ingegneria tedesca
Gran parte del clamore sulla guida autonoma si è, ovviamente, concentrato sul progetto di guida autonoma di Google. Le auto sono impressionante, e l'azienda ha senza dubbio insinuato la possibilità di veicoli senza conducente nell'immaginazione di molti. Ma nonostante tutta la sua esperienza nello sviluppo di tecnologie e software di ricerca, Google non ha esperienza nella costruzione di automobili. Per capire come è più probabile che emerga la guida autonoma, è più istruttivo vedere su cosa stanno lavorando alcune delle case automobilistiche più avanzate del mondo. E pochi posti al mondo possono competere con l'esperienza automobilistica della Germania, dove BMW, Audi, Mercedes-Benz e Volkswagen sono tutte impegnate a cercare di trasformare la guida autonoma da uno sforzo di ricerca in un'opzione praticabile sui loro modelli più recenti.

Poco dopo essere arrivato a Monaco, mi sono ritrovato su una pista di prova a nord della città per ricevere istruzioni sulla sicurezza da Michael Aeberhard, un ingegnere di ricerca BMW. Mentre guidavo un prototipo della BMW Serie 5 lungo un tratto di pista vuoto, Aeberhard mi ha detto di togliere le mani dal volante e poi ha impartito comandi che hanno fatto impazzire l'auto e sterzare selvaggiamente fuori rotta. Ogni volta, dovevo afferrare il volante il più velocemente possibile per ignorare il comportamento. Il sistema è progettato per rinviare a un guidatore umano, rinunciando al controllo ogni volta che muove il volante o preme un pedale. E se tutto il resto fallisce, c'è un grande pulsante rosso sul cruscotto che interrompe l'alimentazione a tutti i computer dell'auto. Mi sono esercitato a colpirlo un paio di volte e ho scoperto quanto fosse difficile controllare l'auto senza nemmeno il servosterzo. L'idea dell'esercizio era di prepararmi a potenziali problemi durante il test drive effettivo. È ancora un prototipo, mi ha ricordato più volte Aeberhard.

Dopo aver firmato un disclaimer, siamo andati in autostrada fuori Monaco. Uno schermo fissato al lato passeggero del cruscotto mostrava il mondo come lo percepisce l'auto: tre corsie, su cui una minuscola versione animata dell'auto è circondata da un mucchio di blocchi blu fluttuanti, ciascuno corrispondente a un veicolo vicino o a un ostacolo come una delle barriere su entrambi i lati della strada. Aeberhard mi ha detto di attivare il sistema nel traffico intenso mentre viaggiavamo a circa 100 chilometri all'ora. Quando ho premuto l'interruttore per la prima volta, ero dubbioso anche solo sulla rimozione delle mani dal volante, ma dopo aver visto l'auto eseguire numerose manovre di sorpasso, mi sono ritrovato a rilassarmi, con mio stupore, fino a quando non ho dovuto ricordarmi di prestare attenzione al strada.

L'auto sembrava normale dall'esterno. Non c'è posto su un'elegante berlina di lusso per gli enormi scanner laser rotanti visti sui prototipi testati da Google. Quindi BMW e altre case automobilistiche hanno dovuto trovare il modo di imballare sensori più piccoli e più limitati nel corpo di un'auto senza compromettere il peso o lo stile.

Nascosti all'interno dei paraurti anteriore e posteriore della BMW, due scanner laser e tre sensori radar percorrono la strada davanti e dietro alla ricerca di qualsiasi cosa entro circa 200 metri. Nella parte superiore del parabrezza e del lunotto sono integrate delle telecamere che seguono la segnaletica orizzontale e rilevano i segnali stradali. Vicino a ogni specchietto laterale ci sono scanner laser grandangolari, ciascuno con quasi 180 gradi di visione, che osservano la strada a sinistra ea destra. Quattro sensori a ultrasuoni sopra le ruote monitorano l'area vicino all'auto. Infine, un ricevitore differenziale Global Positioning System, che combina i segnali delle stazioni terrestri con quelli dei satelliti, sa dove si trova l'auto, a pochi centimetri dalla segnaletica orizzontale più vicina.

Diversi computer all'interno del bagagliaio dell'auto eseguono misurazioni e calcoli in frazioni di secondo, elaborando i dati che arrivano dai sensori. Il software assegna un valore a ciascuna corsia della strada in base alla velocità dell'auto e al comportamento dei veicoli vicini. Utilizzando una tecnica probabilistica che aiuta a cancellare le imprecisioni nelle letture dei sensori, questo software decide se passare a un'altra corsia, tentare di sorpassare l'auto che precede o evitare di intralciare un veicolo che si avvicina da dietro. I comandi vengono trasmessi a un computer separato che controlla l'accelerazione, la frenata e lo sterzo. Ancora un altro sistema informatico monitora il comportamento di tutto ciò che è coinvolto nella guida autonoma alla ricerca di segni di malfunzionamento.

Per quanto impressionante sia la guida autonoma in autostrada di BMW, è ancora lontana dal mercato. Per vedere l'autonomia più avanzata ora disponibile, il giorno dopo ho preso il treno da Monaco a Stoccarda per visitare un altro gigante automobilistico tedesco, Daimler, che possiede Mercedes-Benz. Nella struttura di ricerca e sviluppo dell'azienda a sud-est della città, dove nuovi modelli sperimentali girano ricoperti di materiale nero per nascondere nuovi design e caratteristiche ai fotografi, ho avuto modo di guidare probabilmente l'auto stradale più autonoma sul mercato oggi: la Mercedes del 2014 Classe S.

Un gioviale ingegnere della sicurezza mi ha guidato lungo una pista di prova, mostrando come l'auto può agganciare un veicolo davanti e seguirlo lungo la strada a distanza di sicurezza. Per seguire a una distanza costante, i computer dell'auto prendono il controllo non solo della frenata e dell'accelerazione, come con il tradizionale cruise control adattivo, ma anche dello sterzo.

Utilizzando una telecamera stereo, un radar e una telecamera a infrarossi, la Classe S può anche individuare oggetti sulla strada davanti e prendere il controllo dei freni per prevenire un incidente. L'ingegnere lo ha dimostrato con entusiasmo accelerando verso un manichino posto al centro della pista. A circa 80 chilometri orari, ha tolto le mani dal volante e ha tolto il piede dall'acceleratore. Proprio quando l'impatto sembrava quasi inevitabile, l'auto ha eseguito un arresto di emergenza quasi perfetto, spingendoci in avanti sui nostri sedili ma fermandosi a circa un piede davanti al manichino, che aveva un'espressione opportunamente terrorizzata.

Strada incerta
Con tale tecnologia già in circolazione e prototipi come quello della BMW in lavorazione, si è tentati di immaginare che l'automazione totale non possa essere lontana. In realtà, passare dal tipo di autonomia della Mercedes-Benz Classe S a quello del prototipo BMW richiederà tempo e il sogno dell'automazione totale potrebbe rivelarsi sorprendentemente sfuggente.

Per prima cosa, molti dei sensori e dei computer presenti nell'auto BMW e in altri prototipi sono troppo costosi per essere ampiamente utilizzati. E raggiungere un'automazione ancora più completa probabilmente significherà utilizzare sensori e computer più avanzati e più costosi. Lo strumento laser rotante, o LIDAR, visto sul tetto delle auto di Google, ad esempio, fornisce la migliore immagine 3D del mondo circostante, precisa fino a due centimetri, ma viene venduta per circa $ 80.000. Tali strumenti dovranno anche essere miniaturizzati e ridisegnati, aggiungendo ulteriori costi, dal momento che pochi progettisti di automobili metterebbero quelli esistenti su un nuovo modello elegante.

Il costo sarà solo un fattore, però. Mentre diversi stati degli Stati Uniti hanno approvato leggi che consentono di testare le auto autonome sulle loro strade, la National Highway Traffic Safety Administration deve ancora elaborare regolamenti per testare e certificare la sicurezza e l'affidabilità delle funzioni autonome. Potrebbe essere necessario modificare due importanti trattati internazionali, la Convenzione di Vienna sulla circolazione stradale e la Convenzione di Ginevra sulla circolazione stradale, affinché le auto possano essere utilizzate in Europa e negli Stati Uniti, poiché entrambi i documenti affermano che un conducente deve avere il pieno controllo della un veicolo in ogni momento.

La cosa più scoraggiante, tuttavia, sono le restanti sfide dell'informatica e dell'intelligenza artificiale. La guida automatizzata sarà inizialmente limitata a situazioni relativamente semplici, principalmente la guida in autostrada, perché la tecnologia non è ancora in grado di rispondere alle incertezze poste dal traffico in arrivo, dai rotatori e dai pedoni. E quasi certamente ci si aspetterà anche che i conducenti assumano una sorta di ruolo di supervisione, richiedendo loro di essere pronti a riprendere il controllo non appena il sistema esce dalla sua zona di comfort.

Nonostante le dimostrazioni appariscenti, a volte ho rilevato tra le case automobilistiche il desiderio di frenare e mitigare le aspettative.

Il rapporto tra uomo e guidatore di robot potrebbe essere sorprendentemente teso. Il problema, come ho scoperto durante il mio test drive BMW, è che è fin troppo facile perdere la concentrazione e difficile riprenderla. La difficoltà di coinvolgere nuovamente i conducenti distratti è un problema che Bryan Reimer , un ricercatore dell'Age Lab del MIT, ha ben documentato (vedi Procedi con cautela verso l'auto a guida autonoma, maggio/giugno 2013). Forse i fattori più inibitori nello sviluppo delle auto senza conducente, suggerisce, saranno fattori legati all'esperienza umana.

Nel tentativo di affrontare questo problema, le case automobilistiche stanno pensando a modi per impedire ai conducenti di distrarsi troppo e a modi per riportarli al compito di guida nel modo più fluido possibile. Ciò può significare monitorare l'attenzione dei conducenti e avvisarli se si stanno disimpegnando troppo. Le prime generazioni [di auto a guida autonoma] richiederanno l'intervento di un conducente in determinati punti, Clifford Nass , mi ha detto il condirettore del Center for Automotive Research della Stanford University. Si scopre che potrebbe essere il momento più pericoloso per i veicoli autonomi. Potremmo avere questa terribile ironia che quando l'auto sta guidando autonomamente è molto più sicura, ma a causa dell'incapacità degli umani di rientrare nel giro, alla fine potrebbe essere meno sicura.

L'immagine sopra mostra i dati 3D acquisiti dallo strumento LIDAR in cima a un'auto a guida autonoma di Google, dove il colore indica l'altezza da terra. L'inserto è la vista dalla fotocamera frontale dell'auto.

Una sfida importante con un sistema che guida da solo, ma solo per una parte del tempo, è che deve essere in grado di prevedere quando potrebbe essere sul punto di guastarsi, per dare al guidatore il tempo sufficiente per subentrare. Questa capacità è limitata dalla portata dei sensori di un'auto e dalla difficoltà intrinseca di prevedere l'esito di una situazione complessa. Forse l'autista è completamente distratto, ha detto Werner Huber. Impiega cinque, sei, sette secondi per tornare al compito di guida, il che significa che l'auto deve sapere [in anticipo] quando viene raggiunto il limite. La sfida è molto grande.

Prima di recarmi in Germania, ho visitato John Leonard, un professore del MIT che si occupa di navigazione robotica, per saperne di più sui limiti dell'automazione dei veicoli. Leonard ha guidato una delle squadre coinvolte nella DARPA Urban Challenge, un evento nel 2007 che ha visto i veicoli autonomi correre attraverso strade cittadine simulate, complete di intersezioni con segnali di stop e traffico in movimento. La sfida ha ispirato nuove ricerche e nuovo interesse per la guida autonoma, ma Leonard è trattenuto nel suo entusiasmo per la traiettoria commerciale che la guida autonoma ha intrapreso da allora. Alcune di queste domande fondamentali, sulla rappresentazione del mondo e sull'essere in grado di prevedere cosa potrebbe accadere, potremmo essere ancora decenni indietro rispetto agli umani con la nostra tecnologia delle macchine, mi ha detto. Ci sono problemi importanti, irrisolti e difficili qui. Dobbiamo stare attenti a non esagerare con il suo funzionamento.

Leonard ha suggerito che gran parte della tecnologia che ha aiutato le auto a guida autonoma a gestire ambienti urbani complessi nei progetti di ricerca, alcuni dei quali sono oggi utilizzati nelle auto di Google, potrebbero non essere mai abbastanza economici o compatti da essere impiegati in veicoli disponibili in commercio. Ciò include non solo il LIDAR, ma anche un sistema di navigazione inerziale, che fornisce informazioni di posizionamento precise monitorando il movimento del veicolo e combinando i dati risultanti con il GPS differenziale e una mappa digitale altamente accurata. Inoltre, il maltempo può degradare significativamente l'affidabilità dei sensori, ha affermato Leonard, e potrebbe non essere sempre possibile fare molto affidamento su una mappa digitale, come fanno molti sistemi prototipo. Se il sistema si basa su una mappa precedente molto accurata, allora deve essere affidabile per la situazione in cui quella mappa è sbagliata e il lavoro di mantenere quelle mappe aggiornate non dovrebbe essere sottovalutato, ha detto.

Verso la fine della mia corsa nel prototipo autonomo della BMW, ho scoperto un esempio di autonomia imperfetta in azione. Avevamo fatto un giro dell'aeroporto e stavamo tornando verso la città quando un'auto Smart, che sfrecciava nel traffico in modo un po' irregolare, improvvisamente mi si è ribaltata davanti da destra. Confusa dalla sua manovra improvvisa e irregolare, la nostra macchina continuava ad avvicinarsi rapidamente, e con meno di un secondo da perdere ho perso i nervi e ho frenato, rallentando la macchina e togliendola dalla modalità di guida autonoma. Un attimo dopo ho chiesto ad Aeberhard se la nostra macchina avrebbe frenato in tempo. Sarebbe stato vicino, ha ammesso.

Nonostante le dimostrazioni appariscenti e i piani audaci per la commercializzazione, a volte ho rilevato tra le case automobilistiche il desiderio di frenare e mitigare le aspettative. Ralf Herttwich, che guida la ricerca e l'ingegneria dei sistemi di assistenza alla guida in Mercedes, ha spiegato che interpretare una situazione diventa esponenzialmente più difficile man mano che la strada diventa più complessa. Una volta usciti dall'autostrada e una volta immessi sulla strada media, la percezione dell'ambiente deve migliorare. La tua interpretazione delle situazioni del traffico, perché ce ne sono molte di più: devono migliorare, ha detto. Basta guardare un semaforo e decidere se quel semaforo fa per te è un problema molto, molto complesso.

Leonard del MIT, per esempio, non crede che l'autonomia totale sia imminente. Non mi aspetto che ci siano taxi a Manhattan senza conducenti nella mia vita, ha detto, prima di aggiungere rapidamente, E non voglio vedere i tassisti fuori dal mercato. Sanno dove stanno andando e, almeno in Europa, sono cortesi e sicuri e ti portano dove devi essere. Questo è un ruolo sociale molto prezioso.

Ho riflettuto sulle obiezioni di Leonard mentre visitavo BMW e Mercedes. Ne ho anche menzionati alcuni a un tassista di Monaco che era curioso del mio viaggio. Sembrava tutt'altro che preoccupato. abbiamo settimo senso —un settimo senso, disse, riferendosi alla consapevolezza istintiva della strada che una persona costruisce. Mentre sfrecciava nel traffico frenetico a velocità impressionante, sospettavo che questa capacità di affrontare abilmente un mondo così complesso e disordinato potesse rivelarsi utile ancora per un po'.

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