نگاهی به سیر تحول خودروهای خودران از آغاز تا سال ۲۰۲۵

مفهوم اتومبیل‌های خودران از اوایل دهه ۲۰۰۰ در رسانه‌ها ظهوری گسترده پیدا کرد، اما واقعیت این است که تاریخچه این تکنولوژی بسیار فراتر از آنچه که به نظر می‌رسد، ریشه‌دار است. در این مقاله از دیجیاتو، نگاه جامعی به پیشینه ماشین‌های خودران خواهیم داشت. اگر به دنبال آشنایی با آینده صنعت حمل‌ونقل جهانی هستید، تا پایان این مطلب با ما همراه باشید.

از تخیل تا واقعیت

همانند داستان‌های علمی-تخیلی «ژول ورن»، ایده اتومبیل‌های خودران از دیرباز در ذهن بشریت خود را نمایان کرده است. از زمان‌هایی که خودروها به یک پدیده عمومی در خیابان‌ها تبدیل شدند، اشتیاق انسان‌ها برای تجربه نوعی از خودمختاری در وسایل نقلیه‌شان آغاز شد. همزمان با رویاپردازی‌های مصرف‌کنندگان و نویسندگان، مخترعان نیز به دنبال یافتن راه‌حل‌هایی برای اجرای ویژگی‌های خودران در اتومبیل‌ها بودند.

با این حال، پیشرفت‌های فناوری تا قرن بیست‌ویکم به توسعه خودروهای خودران کمک چندانی نکرد. اما اکنون، با ظهور حسگرهای پیشرفته، توسعه هوش مصنوعی و افزایش سرعت پردازش اطلاعات از طریق کامپیوترها، مهندسان موفق شده‌اند سطوح متفاوتی از خودمختاری را در خودروها پیاده‌سازی کنند. هرچند که راه پیشرفت در ایجاد سیستم‌های کاملاً خودران همچنان ادامه دارد و هنوز هیچ خودرویی به‌طور کامل مستقل نشده است.

تاریخچه خودروهای خودران در مراحل مختلف تاریخی

دست‌اندرکاران نخستین ایده‌های تولید خودروهای خودران پس از پایان جنگ جهانی اول و در دهه‌های ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ به فکر اجرایی کردن این ایده افتادند. در آن زمان، شرکت آمریکایی جنرال موتورز اقدام به طراحی خودروهایی کرد که تنها به‌طور کنترل از راه دور و با استفاده از امواج رادیویی هدایت می‌شدند؛ به بیان واضح‌تر، این خودروها به نوعی از اتومبیل‌های کنترلی در اندازه‌های بزرگ‌تر بدل شدند و به‌طور واقعی خودران نبودند.

در دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰، به‌طور جدی‌تر تلاش‌هایی برای ایجاد خودروهای خودران آغاز شد. محققان صنعت خودروسازی در این زمان به بهره‌برداری از سیستم‌های مبتنی بر سیم‌های مغناطیسی روی آوردند. این سیم‌ها که در قسمت‌های مختلف خودرو نصب شده بودند، قادر به انجام برخی عملکردهای خودکار بودند. اما از آنجا که هیچ سیستم هوش مصنوعی در این مقاطع وجود نداشت، نخستین سیستم‌های خودران آنالوگ تنها در محیط‌های کنترل‌شده آزمایش می‌شدند؛ بدین معنا که خودروهای خودران آن دوره توانایی حرکت در مسیرهای مشخصی را داشتند.

تاریخچه خودروهای خودران در دوران انقلاب رایانه‌ها

این وضعیت تا دهه ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ ادامه پیدا کرد؛ زمانی که انقلاب فناوری کامپیوتر به شکلی اساسی جهان را تحت تأثیر قرار داد. با توسعه شبکه‌های کامپیوتری در این دوران، تحقیقات جدیدی در حوزه خودروهای خودران در مراکز نظامی شروع شد و ارتش‌ها به عنوان نخستین کاربران جدی این فناوری شناخته شدند.

در این دوران، ارتش آمریکا به دنبال اتومبیلی بود که بتواند بدون نیاز به راننده، وسایل و نیروها را در صحنه‌های جنگ جابجا کند. این پروژه که در ارتش آمریکا با نام ALV (Autonomous Land Vehicle) شناخته می‌شد، با همکاری دانشگاه کارنگی ملون توسعه پیدا کرد. پیشرفت‌های حاصل از این پروژه، به تولید نخستین خودروهای خودران به معنای امروزی کمک کرد. در سال ۱۹۹۵ دانشگاه کارنگی ملون خودروی آزمایشی به نام Navlab 5 را معرفی کرد که ۹۸ درصد عملکردهای مربوط به رانندگی را به صورت خودکار انجام می‌داد.

اروپایی‌ها توسعه را تجاری آغاز می‌کنند

در قاره اروپا، پروژه توسعه خودروهای خودران از همان ابتدا به صورت تجاری آغاز شد. خودروسازان اروپایی به همراه دانشگاه‌های مربوطه، یک پروژه کلان به نام پرومتئوس را راه‌اندازی کردند. شخصیت پرومتئوس در اساطیر یونان باستان به پیش‌بینی آینده مشهور بود. این پروژه تحقیقاتی که بین سال‌های ۱۹۸۷ تا ۱۹۹۵ میلادی به اجرا درآمد، باعث تدوین استانداردهای فعلی برای سیستم‌های کمک راننده فعال (ADAS) شد و به خودروهای اروپایی این امکان را داد که رانندگی خودران را با سرعت‌های بالا در اتوبان‌ها تجربه کنند.

با ورود به قرن بیست‌ویکم و پیشرفت‌های چشمگیر در فناوری، سرعت توسعه خودروهای خودران به شکلی قابل توجه افزایش یافت. در اوایل دهه ۲۰۰۰ و در سال‌های ۲۰۰۴، ۲۰۰۵ و ۲۰۰۷، سری مسابقات دارپا (DARPA Grand Challenge) برگزار شد. این رقابت‌ها محل گردهمایی تیم‌هایی از دانشگاه‌های گوناگون و شرکت‌های خودروسازی بود که هدف آن‌ها توسعه خودروهای خودران ایده‌آل برای عبور در تمام مسیرها بود.

نقش گوگل در تاریخچه خودروهای خودران

در سال ۲۰۰۹، گوگل پروژه‌ای را برای توسعه خودروهای خودران آغاز کرد که بعدها تحت نام وایمو شناخته شد. این پروژه در ابتدا بر طراحی خودروهای کامل خودران یا سطح پنجم تمرکز داشت. اگرچه در ابتدا این هدف دور از واقعیت به نظر می‌رسید، اما هم‌اکنون به یک واقعیت عینی تبدیل شده است.

از دهه ۱۹۸۰ تا سال ۲۰۰۰، علی‌رغم اقدامات متعدد، جهش قابل توجهی در تاریخچه خودروهای خودران از سال ۲۰۱۰ به بعد شکل گرفت. در این دهه، برندهای بزرگ خودروسازی چون تسلا، مرسدس بنز، بی‌ام‌و، ولوو و جنرال موتورز سرمایه‌گذاری‌های کلانی بر روی شرکت‌های فناوری انجام دادند تا سیستم‌های خودران پیشرفته‌تری را توسعه دهند. برای مثال، فورد سهام شرکت Argo AI را خریداری کرد و جنرال موتورز استارتاپ کروز (Cruise) را تصاحب کرد.

تسلا و قابلیت خودران معروفش

نقطه عطف اصلی در تاریخ خودروهای خودران زمانی به وقوع پیوست که تسلا قابلیت خودران کامل خود (FSD) را در خودروهایش معرفی کرد. این فناوری پیشرفته امکان کنترل اتومبیل را با حداقل نظارت راننده به سیستم‌های هوش مصنوعی واگذار می‌کند. در حالی که این سیستم‌ها همچنان به نظارت راننده نیاز دارند و نهادهای ایمنی خودرو اجازه استفاده کامل از آن‌ها را صادر نکرده‌اند، اما برخی از مالکان تسلا در حال حاضر به‌طور کامل از خودروهای خودران بهره‌برداری می‌کنند.

در دهه ۲۰۱۰، خودروسازان شروع به آزمایش خودروهای خودران خود در جاده‌های عمومی کردند تا مجوز تردد از دولت‌های مختلف را دریافت کنند. همزمان با این تحولات، مفهوم «تاکسی روباتیک» یا روبوتاکسی نیز شکل گرفت. این ایده ابتدا توسط شرکت‌های وایمو و کروز مطرح شد، ولی اکنون تسلا نیز به این مسیر پیوسته است. این خودروها تاکسی‌های کاملاً خودران هستند که بدون نیاز به راننده، مسافران را جابه‌جا می‌کنند.

چالش‌های اصلی پدیدار می‌شوند

با پایان دهه ۲۰۱۰ و ورود به دهه ۲۰۲۰، چالش‌های اساسی در حوزه خودروهای خودران نمایان شد. بسیاری از سیستم‌های خودران به آن دقت و بی‌نقصی که تبلیغ می‌شد، عمل نمی‌کردند. تصادفات رانندگی فراوانی در این دهه به وقوع پیوست که دلیل آن عملکرد ناپایدار و خطاهای غیرقابل پیش‌بینی سیستم‌های خودران بود. به‌علاوه، چالش‌های دیگری نیز پیش روی توسعه این فناوری وجود دارد.

با توجه به تلاش برندهای مختلف برای توسعه گونه‌های متفاوت سیستم‌های خودران، دولت‌ها اقدام به وضع قوانینی برای محدودسازی فعالیت‌های این سیستم‌ها کردند. در همین راستا، چالش‌های فنی در تصمیم‌گیری درباره عملکرد سیستم‌ها در شرایط پیچیده نیز به‌وجود آمد. از سوی دیگر، استراتژی شرکت‌ها نیز تفاوت‌هایی دارد. بعضی از خودروسازان در تلاش برای دستیابی به سیستم‌های خودران کامل در سطوح ۴ و ۵ هستند، در حالی که گروه دیگری بر رفع خطاها و بهبود نسل‌های ۲ و ۳ متمرکزند.

در کنار این موارد، اخبار مثبتی نیز همواره به گوش می‌رسد. پیشرفت‌های سخت‌افزاری به معرفی سنسورهای لیدار، رادارهای به‌روز و حسگرهای اولتراسونیک منجر شده است. این حسگرها اطلاعات بیشتری از محیط اطراف خودرو در اختیار سیستم خودران قرار می‌دهند. همچنین، پیشرفت‌های نرم‌افزاری انقلابی به توسعه الگوریتم‌های یادگیری عمیق یا (Deep Learning) در هوش مصنوعی انجامیده است. این الگوریتم‌ها امکان تحلیل بهتری از داده‌ها، شناسایی اشیای تازه و تعامل مؤثر با انسان‌ها را خواهند داشت.

چند نوع سیستم خودران داریم؟

انجمن مهندسان خودروی جهانی (SAE) استانداردی را برای سیستم‌های خودران طراحی کرده است که به پنج سطح تقسیم‌ می‌شود. این طبقه‌بندی از سطح صفر شروع شده و تا سطح ۵ ادامه دارد. با افزایش شماره سطوح، میزان استفاده از سیستم خودران افزایش یافته و نیاز به نظارت انسانی کاهش می‌یابد.

سطح صفر یا غیر خودران

بیشتر خودروهای متداولی که این روزها در بازار ایران می‌بینیم، در همین سطح قرار دارند. در خودروهایی با سیستم خودران سطح صفر، تمام وظایف مربوط به رانندگی بر عهده راننده است و او مسئول تمامی جنبه‌های رانندگی خواهد بود. حتی اگر خودرو به سنسورهای پارک مجهز باشد، به دلیل عدم وجود سیستم اتوماسیون، این دسته از خودروها هنوز در سطح صفر به شمار می‌آیند.

سطح اول یا دستیارهای کمک راننده

در این سطح، یکی از بخش‌های خودرو به‌طور خودران تحت کنترل قرار می‌گیرد. سیستم خودران در سطح یک، مسئول کنترل فرمان یا سرعت اتومبیل بوده و راننده هنوز باید بر محیط اطراف نظارت داشته باشد. برای مثال، اگر خودرو شما به سیستم کروز کنترل تطبیقی یا سیستم راداری حفظ خط تجهیز شده باشد، آن را می‌توان به‌عنوان یک خودرو خودران سطح ۱ شناخت.

سطح دوم یا سیستم خودران محدود

در سطح دوم، سیستم‌های خودران صلاحیت کنترل همزمان چندین بخش مختلف خودرو را در دست دارند. با این حال، راننده همچنان باید محیط اطراف را تحت نظر داشته و آماده‌ی از سر گیری کنترل باشد. سیستم‌های خودران سطح دوم تحت عنوان «سیستم‌های پیشرفته کمک‌راننده» یا (ADAS) شناخته می‌شوند و در بسیاری از خودروهای جدید قابل مشاهده هستند. از جمله مثال‌های بارز می‌توان به اتوپایلوت تسلا و سوپرکروز کادیلاک اشاره کرد. این سیستم‌ها قادرند اتومبیل را در بزرگراه‌ها کنترل کنند، اما راننده موظف به نگه‌داشتن دستانش بر روی فرمان است.

سطح سوم یا سیستم خودران کامل در شرایط خاص

سیستم‌های خودران سطح سوم، تحت عنوان اتوماسیون مشروط شناخته می‌شوند. دلیل این نام‌گذاری، عملکرد این سیستم‌ها در شرایط خاص مانند برخی بزرگراه‌ها است که می‌توانند کنترل کامل رانندگی را به‌طور خودکار انجام دهند. در چنین شرایط، حضور مداوم راننده بر جاده ضروری نیست، ولی در مواقعی مانند بارش شدید باران یا ترافیک سنگین، داوطلب برای کنترل خودرو لازم است. سیستم مرسدس بنز با نام درایو پایلوت، به‌عنوان نمونه‌ای از سیستم‌های خودران سطح سه محسوب می‌گردد.

سطح چهارم یا خودمختاری سطح بالا

در سیستم‌های خودران سطح چهارم، حوزه عملکرد مشخصی برای خودروها تعریف شده است. این حوزه که به نام (ODD – Operational Design Domain) شناخته می‌شود، به خودرو این امکان را می‌دهد که تمام فرآیندهای رانندگی را به‌طور کاملاً خودکار و بدون مداخله راننده اجرا کند. وقتی خودرو از محدوده عملیاتی ایمن خارج شود، به‌طور خودکار متوقف می‌شود تا راننده کنترل را دوباره به‌دست بگیرد. سیستم‌های تاکسی رباتیک، همچون وایمو و کروز، از نمونه‌های بارز سیستم‌های خودران سطح چهارم هستند که به‌صورت کاملاً مستقل و در مناطق خاص جغرافیایی کار می‌کنند.

سطح پنجم یا خودمختاری کامل

در این سطح، خودرو توانایی رانندگی در تمامی شرایط، با هر نوع آب‌وهوایی و در تمامی جاده‌ها را بدون نیاز به وجود راننده یا کمک او دارد. تحت این شرایط، هیچ نیازی به حضور راننده انسانی نیست و حتی خودروها نیازی به پدال و فرمان هم ندارند. این سطح، بالاترین سطح خودمختاری سیستم‌های خودران محسوب می‌گردد. در حال حاضر، سیستم‌های خودران سطح پنجم تجاری هنوز به بازار عرضه نشده‌اند.

جمع‌بندی تاریخچه خودروهای خودران

تاریخچه توسعه سیستم‌های خودران در واقع نمایانگر روند تدریجی پیشرفت این فناوری است، که همان‌ند سایر اختراعات بشری در مسیر تکامل خود قرار دارد. به نظر می‌رسد که عصر انقلابی این سیستم‌ها به پایان خود نزدیک می‌شود و اکنون خودروسازان باید برای بهبود عملکرد فناوری‌های موجود، تمرکز کنند. به‌موازات این تحولات، چالش‌های فنی، قانونی و اجتماعی نیز بر دوش خودروسازان سنگینی می‌کند. با این حال، انتظار می‌رود که در آینده، پیشرفت‌های قابل توجهی در صنعت حمل‌ونقل خودروها به وقوع بپیوندد که شاید اکنون غیرممکن به نظر برسد.

سؤالات متداول