نسخه چاپی
ارسال به دوستان
نگاهي به تکنولوژي هاي به کار گرفته شده در اتومبيل هاي خودران گوگل
در اين مقاله به طور خلاصه خواهيم گفت که اتومبيل هاي بدون راننده گوگل
چگونه محيط اطراف خود را مي بينند و صفر و يک ها چگونه مسير را براي سفري
امن هموار مي کنند. با ديجياتو همراه باشيد.
گوگل نخستين کمپاني است که به طور جدي مشغول پژوهش و ساخت يک خودروي بدون راننده تجاري و قابل عرضه در بازار عمومي بوده و البته بايد پذيرفت که هنوز راه درازي در پيش داشته و موانع زيادي براي دست يابي به هدف نهايي وجود دارد.
بخشي از اين مشکلات مقبوليت اجتماعي است، شايد هنوز بسياري از مردم علاقه اي به خريد خودروهاي رباتيک نداشته باشند و آنها را غيرقابل اطمينان بدانند و اين درحاليست که استفاده از اين خودروها در آينده مي تواند از بسياري از تصادفات -که بيشترين مقصر آنها خود راننده ها و خطاهاي انساني است- بکاهد.
از طرف ديگر، در بسياري از شهرها و کشورها هنوز قانون مشخصي براي ورود اين دسته از اتومبيل ها به خيابان ها وجود ندارد.
بخشي ديگر -که به اندازه همان اولي اهميت زيادي دارد- قيمت تمام شده براي خريداران است. خودروي گوگل از فناوري ها و ابزارآلات بسيار دقيق و پيشرفته اي استفاده مي کند که همين عوامل موجب بالارفتن هزينه توليد در مرحله فعلي محسوب مي شود، تجهيزات مورد استفاده ي گوگل در اين زمينه ارزشي در حدود صد و پنجاه هزار دلار دارند.
همه ما مي دانيم که جاده هايي با استانداردهاي کنوني براي خودروهاي رباتيک مناسب نيستند، بنابراين طراحي اين اتومبيل ها بايد به گونه اي باشد تا بتوانند همه نوع موانع محيطي از خودروهاي ديگر گرفته تا پياده ها، دوچرخه سواران و عوارض جاده اي را تشخيص دهند.
يک اتومبيل بدون راننده بايد عوامل محيطي مختلفي را با کمترين خطاي ممکن شناسايي کرده و با استفاده از الگوريتم هاي خود براي توقف، کاهش سرعت و يا انحراف تصميم بگيرد و مسلما همه اين تصميم گيري ها بايد بدون دخالت انسان صورت پذيرند.
هرکدام از اين تجهيزات داراي مزايا و معايبي هستند و هرکدام ميزان ميدان ديد متفاوتي از يکديگر دارند که بسته به شرايط، جهت تشخيص به کار برده مي شوند.
يکي از تجهيزات سنجشي که شايد بيش از همه در تصاوير منتشر شده از خودروي گوگل جلب توجه مي کند، شيء گنبدي شکلي است که در بالاي سقف نصب شده است. در حقيقت بيشتر بار سنجشي اين اتومبيل بدون راننده برعهده همين شيء گنبدي شکل است که ليدار (LIDAR) نام دارد.
ليدار چيست؟
ليدار يا رادار نوري (LIDAR= Light Radar) يک وسيله سنجشي پرکاربرد متشکل از زيرسامانه هاي کنترلي و فرستنده و گيرنده است. ليدار يک تکنيک قدرتمند در سنجش از راه دور محسوب مي شود که در واقع اساس کاري آن دقيقا مشابه رادار است و اختلاف اين دو تنها در طول موج هاي تابشي آنهاست. رادار طول موج هايش در ناحيه راديويي بوده و ليدار طول موج هاي نوري ليزري دارد.
توسعه و ساخت اين ابزار به اوايل دهه ۶۰ ميلادي و اندکي پس از اختراع ليزر برمي گردد و حتي در طول ماموريت آپولو ۱۵ در سال ۱۹۷۱، فضانوردان براي نقشه برداري از سطح کره ماه از آن استفاده کردند. اين ابزار کاربردهاي بسيار وسيعي در علوم هوايي، جنگي، هواشناسي، باستان شناسي و… دارد.
ليدار با استفاده از محاسبه اختلاف زمان بين تابش پالس هاي ليزري و دريافت آنها پس از برخورد و بازتاب از اجسام محيطي، فاصله آنها را تعيين مي کند.
شرکت گوگل از ليدار HDL-64E متعلق به کمپاني وِلوداين (Velodyne) استفاده مي کند که ويژه سنجش موانع محيطي خودروهاي زميني و دريايي طراحي گشته است. اين سامانه تا فاصله حدود ۱۰۰ متري خودرو را مورد سنجش قرار مي دهد. البته در اتومبيل مورد بحث تجهيزات ديگري با محدوده ديد بيشتر نيز استفاده شده اما هيچ کدام از نظر ميزان دقت قابل مقايسه با ليزر نيستند.
سامانه ي مذکور به صورت ۳۶۰ درجه مدام درحال چرخش بوده و در هر ثانيه ۱٫۳ ميليون داده نقطه اي را گزارش مي کند که همين سرعت و دقت بالا، آن را تبديل به يکي از اساسي ترين بخش هاي پروژه خودروهاي بدون راننده کرده است.
ليدار به جاي ديگر نمونه هاي مشابه که از يک پرتو ليزر و يک آينه گردان براي سنجش استفاده مي کنند، از چهار گروه ۱۶ تايي ليزر مستقل و دو گروه ۳۲ واحدي گيرنده پرتوهاي ليزري تشکيل شده است که کل اين مجموع بر بستري گردان و با توان چرخش در سرعتي بين ۳۰۰ تا ۹۰۰ دور در دقيقه (۵ تا ۱۵ هرتز)، پياده سازي شده اند.
همچنين سامانه مورد بحث از طريق ارتباط اِتِرنِت (شبکه) با دنياي خارج ارتباط برقرار مي کند و داده ها را به صورت بسته هاي اطلاعاتي با ترتيب مشخص و منحصر بفرد بدل به خروجي مي کند. زاويه ديد افقي آن ۳۶۰ درجه بوده و در وضعيت عمودي نيز تا ۲۶٫۸ درجه را مي سنجد. ميزان خطاي فاصله سنجي ليدار کمتر از ۵ سانتي متر بوده و ليزرهاي استفاده شده از نوع بي خطر براي چشم و با طول موج ۹۰۵ نانومتر هستند.
دوربين هاي استريو
گوگل چند دوربين معمولي را نيز به صورت دوتايي و با اندکي فاصله مشخص از يکديگر برروي بدنه خارجي خودروها نصب کرده است. علت فاصله دادن دو دوربين از يکديگر چندان هم بي شباهت به ساختار بينايي انسان نيست و تشکيل دو تصوير از زاويه هاي مختلف و سپس انطباق آنهاست که يک تصوير استريو را تشکيل مي دهد، سپس اين تصوير گسترده پردازش شده و موانع نزديک تر با آن شناسايي مي شوند. هريک از دوربين ها زاويه ديد ۵۰ درجه اي دارند و البته محدوده ديد آنها ۳۰ متر است.
رادار و سونار
سامانه ليدار گوگل يک سيستم ايده آل و تقريبا بي نقص براي تهيه نقشه دقيق سه بعدي از محيط اطراف خودرو است اما براي يک رانندگي ايمن نيازمند داشتن اطلاعات ديگري نظير سرعت اجسام متحرک اطراف خودرو نيز هستيم که از همين رو سامانه ي ياد شده گزينه مناسبي براي بدست آوردن اين داده ها نيست.
گوگل راه حلي را انتخاب کرده که امروزه نمونه اي از آن برروي بسياري از خودروها به صورت پيش فرض تعبيه شده است. رادارها ابزاري هستند که در خودروهاي عادي امروزي وظيفه تشخيص سرعت و وضعيت حرکتي خودروي جلويي را بر عهده دارند و بسته به شرايط به صورت خودکار از سرعت اتومبيل کاسته يا آن را متوقف مي کنند. گونه سريعتر و دقيق تر اين سامانه که کروز کنترل خودکار نيز نام دارد بر روي خودروهاي بدون راننده گوگل نيز پياده شده است. البته گوگل در آزمايش هاي خود اين سامانه رادار را با يک سامانه سونار همگام و جفت کرده است. رادار تا ۲۰۰ متر جلوتر را تشخيص مي دهد و سونارها فقط تا ۶ متر کارايي دارند.
GPS
موقعيت يابي جغرافيايي نيز از ضروريات هدايت اين خودروها محسوب مي شود. اتومبيل هاي مذکور خودران هستند پس بنابراين کاربران آنها تنها نياز به تعيين يک مقصد دارند.
تهيه نقشه
نرم افزار ويژه گوگل تمامي داده هاي خروجي از تجهيزات سنجش از راه دور را دريافت مي کند و يک نقشه سه بعدي بادقت از محيط اطراف خودرو مي سازد. ميزان داده هاي دريافتي از اين تجهيزات در هر ثانيه به يک گيگابايت مي رسد. شايد باورکردني نباشد اما همين صفر و يک ها سرانجام پس از تهيه نقشه و انجام پردازش هاي گسترده تبديل به فرمان هاي حرکتي و کنترلي مي شوند و در نتيجه خودرو به صورت کاملا مستقل و بدون دخالت انسان در جاده ها و خيابان ها به حرکت در مي آيد.
شايد کم کم وقت آن رسيده باشد که قوانين بين المللي رانندگي نيز به روز شوند و مسير را براي تردد اتومبيل هاي بدون راننده در آينده نه چندان دور هموار کنند.
نظر شما درباره آينده ي اين محصولات چيست؟ آن را با ما و ساير کاربران درميان بگذاريد.
*دیجیاتو
گوگل نخستين کمپاني است که به طور جدي مشغول پژوهش و ساخت يک خودروي بدون راننده تجاري و قابل عرضه در بازار عمومي بوده و البته بايد پذيرفت که هنوز راه درازي در پيش داشته و موانع زيادي براي دست يابي به هدف نهايي وجود دارد.
بخشي از اين مشکلات مقبوليت اجتماعي است، شايد هنوز بسياري از مردم علاقه اي به خريد خودروهاي رباتيک نداشته باشند و آنها را غيرقابل اطمينان بدانند و اين درحاليست که استفاده از اين خودروها در آينده مي تواند از بسياري از تصادفات -که بيشترين مقصر آنها خود راننده ها و خطاهاي انساني است- بکاهد.
از طرف ديگر، در بسياري از شهرها و کشورها هنوز قانون مشخصي براي ورود اين دسته از اتومبيل ها به خيابان ها وجود ندارد.
بخشي ديگر -که به اندازه همان اولي اهميت زيادي دارد- قيمت تمام شده براي خريداران است. خودروي گوگل از فناوري ها و ابزارآلات بسيار دقيق و پيشرفته اي استفاده مي کند که همين عوامل موجب بالارفتن هزينه توليد در مرحله فعلي محسوب مي شود، تجهيزات مورد استفاده ي گوگل در اين زمينه ارزشي در حدود صد و پنجاه هزار دلار دارند.
همه ما مي دانيم که جاده هايي با استانداردهاي کنوني براي خودروهاي رباتيک مناسب نيستند، بنابراين طراحي اين اتومبيل ها بايد به گونه اي باشد تا بتوانند همه نوع موانع محيطي از خودروهاي ديگر گرفته تا پياده ها، دوچرخه سواران و عوارض جاده اي را تشخيص دهند.
يک اتومبيل بدون راننده بايد عوامل محيطي مختلفي را با کمترين خطاي ممکن شناسايي کرده و با استفاده از الگوريتم هاي خود براي توقف، کاهش سرعت و يا انحراف تصميم بگيرد و مسلما همه اين تصميم گيري ها بايد بدون دخالت انسان صورت پذيرند.
هرکدام از اين تجهيزات داراي مزايا و معايبي هستند و هرکدام ميزان ميدان ديد متفاوتي از يکديگر دارند که بسته به شرايط، جهت تشخيص به کار برده مي شوند.
يکي از تجهيزات سنجشي که شايد بيش از همه در تصاوير منتشر شده از خودروي گوگل جلب توجه مي کند، شيء گنبدي شکلي است که در بالاي سقف نصب شده است. در حقيقت بيشتر بار سنجشي اين اتومبيل بدون راننده برعهده همين شيء گنبدي شکل است که ليدار (LIDAR) نام دارد.
ليدار چيست؟
ليدار يا رادار نوري (LIDAR= Light Radar) يک وسيله سنجشي پرکاربرد متشکل از زيرسامانه هاي کنترلي و فرستنده و گيرنده است. ليدار يک تکنيک قدرتمند در سنجش از راه دور محسوب مي شود که در واقع اساس کاري آن دقيقا مشابه رادار است و اختلاف اين دو تنها در طول موج هاي تابشي آنهاست. رادار طول موج هايش در ناحيه راديويي بوده و ليدار طول موج هاي نوري ليزري دارد.
توسعه و ساخت اين ابزار به اوايل دهه ۶۰ ميلادي و اندکي پس از اختراع ليزر برمي گردد و حتي در طول ماموريت آپولو ۱۵ در سال ۱۹۷۱، فضانوردان براي نقشه برداري از سطح کره ماه از آن استفاده کردند. اين ابزار کاربردهاي بسيار وسيعي در علوم هوايي، جنگي، هواشناسي، باستان شناسي و… دارد.
ليدار با استفاده از محاسبه اختلاف زمان بين تابش پالس هاي ليزري و دريافت آنها پس از برخورد و بازتاب از اجسام محيطي، فاصله آنها را تعيين مي کند.
شرکت گوگل از ليدار HDL-64E متعلق به کمپاني وِلوداين (Velodyne) استفاده مي کند که ويژه سنجش موانع محيطي خودروهاي زميني و دريايي طراحي گشته است. اين سامانه تا فاصله حدود ۱۰۰ متري خودرو را مورد سنجش قرار مي دهد. البته در اتومبيل مورد بحث تجهيزات ديگري با محدوده ديد بيشتر نيز استفاده شده اما هيچ کدام از نظر ميزان دقت قابل مقايسه با ليزر نيستند.
سامانه ي مذکور به صورت ۳۶۰ درجه مدام درحال چرخش بوده و در هر ثانيه ۱٫۳ ميليون داده نقطه اي را گزارش مي کند که همين سرعت و دقت بالا، آن را تبديل به يکي از اساسي ترين بخش هاي پروژه خودروهاي بدون راننده کرده است.
ليدار به جاي ديگر نمونه هاي مشابه که از يک پرتو ليزر و يک آينه گردان براي سنجش استفاده مي کنند، از چهار گروه ۱۶ تايي ليزر مستقل و دو گروه ۳۲ واحدي گيرنده پرتوهاي ليزري تشکيل شده است که کل اين مجموع بر بستري گردان و با توان چرخش در سرعتي بين ۳۰۰ تا ۹۰۰ دور در دقيقه (۵ تا ۱۵ هرتز)، پياده سازي شده اند.
همچنين سامانه مورد بحث از طريق ارتباط اِتِرنِت (شبکه) با دنياي خارج ارتباط برقرار مي کند و داده ها را به صورت بسته هاي اطلاعاتي با ترتيب مشخص و منحصر بفرد بدل به خروجي مي کند. زاويه ديد افقي آن ۳۶۰ درجه بوده و در وضعيت عمودي نيز تا ۲۶٫۸ درجه را مي سنجد. ميزان خطاي فاصله سنجي ليدار کمتر از ۵ سانتي متر بوده و ليزرهاي استفاده شده از نوع بي خطر براي چشم و با طول موج ۹۰۵ نانومتر هستند.
دوربين هاي استريو
گوگل چند دوربين معمولي را نيز به صورت دوتايي و با اندکي فاصله مشخص از يکديگر برروي بدنه خارجي خودروها نصب کرده است. علت فاصله دادن دو دوربين از يکديگر چندان هم بي شباهت به ساختار بينايي انسان نيست و تشکيل دو تصوير از زاويه هاي مختلف و سپس انطباق آنهاست که يک تصوير استريو را تشکيل مي دهد، سپس اين تصوير گسترده پردازش شده و موانع نزديک تر با آن شناسايي مي شوند. هريک از دوربين ها زاويه ديد ۵۰ درجه اي دارند و البته محدوده ديد آنها ۳۰ متر است.
رادار و سونار
سامانه ليدار گوگل يک سيستم ايده آل و تقريبا بي نقص براي تهيه نقشه دقيق سه بعدي از محيط اطراف خودرو است اما براي يک رانندگي ايمن نيازمند داشتن اطلاعات ديگري نظير سرعت اجسام متحرک اطراف خودرو نيز هستيم که از همين رو سامانه ي ياد شده گزينه مناسبي براي بدست آوردن اين داده ها نيست.
گوگل راه حلي را انتخاب کرده که امروزه نمونه اي از آن برروي بسياري از خودروها به صورت پيش فرض تعبيه شده است. رادارها ابزاري هستند که در خودروهاي عادي امروزي وظيفه تشخيص سرعت و وضعيت حرکتي خودروي جلويي را بر عهده دارند و بسته به شرايط به صورت خودکار از سرعت اتومبيل کاسته يا آن را متوقف مي کنند. گونه سريعتر و دقيق تر اين سامانه که کروز کنترل خودکار نيز نام دارد بر روي خودروهاي بدون راننده گوگل نيز پياده شده است. البته گوگل در آزمايش هاي خود اين سامانه رادار را با يک سامانه سونار همگام و جفت کرده است. رادار تا ۲۰۰ متر جلوتر را تشخيص مي دهد و سونارها فقط تا ۶ متر کارايي دارند.
GPS
موقعيت يابي جغرافيايي نيز از ضروريات هدايت اين خودروها محسوب مي شود. اتومبيل هاي مذکور خودران هستند پس بنابراين کاربران آنها تنها نياز به تعيين يک مقصد دارند.
تهيه نقشه
نرم افزار ويژه گوگل تمامي داده هاي خروجي از تجهيزات سنجش از راه دور را دريافت مي کند و يک نقشه سه بعدي بادقت از محيط اطراف خودرو مي سازد. ميزان داده هاي دريافتي از اين تجهيزات در هر ثانيه به يک گيگابايت مي رسد. شايد باورکردني نباشد اما همين صفر و يک ها سرانجام پس از تهيه نقشه و انجام پردازش هاي گسترده تبديل به فرمان هاي حرکتي و کنترلي مي شوند و در نتيجه خودرو به صورت کاملا مستقل و بدون دخالت انسان در جاده ها و خيابان ها به حرکت در مي آيد.
شايد کم کم وقت آن رسيده باشد که قوانين بين المللي رانندگي نيز به روز شوند و مسير را براي تردد اتومبيل هاي بدون راننده در آينده نه چندان دور هموار کنند.
نظر شما درباره آينده ي اين محصولات چيست؟ آن را با ما و ساير کاربران درميان بگذاريد.
*دیجیاتو
