האמת על מכוניות ללא נהג

הן בדרך, אבל הן לא מה שהבטיחו לנו

מאת סטיב א’ שְלָדוֹבֶר, הכתבה מתפרסמת באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל ורשת אורט ישראל 18.08.2016

• תעשיית הרכב והעיתונות יצרו ציפיות מוגזמות לקראת הגעתן של מכוניות אוטומטיות. מפגשי דרך פשוטים הם אתגר אדיר למחשבים, ולכן בעשרות השנים הקרובות איננו צפויים לראות נהגים רובוטיים.
• מערכות אוטומטיות להסעת כלי רכב התלויות בתמיכה של בני אדם הן בעייתיות במיוחד. ועם זאת, בעשור הקרוב בכל זאת נראה מערכות אוטומטיות שיסיעו כלי רכב בתנאים מסוימים ולמטרות מוגדרות.
• חניונים אוטומטיים, מעבורות נוסעים במהירות נמוכה בתוך קמפוסים, שיירות צפופות של משאיות כבדות ומערכות אוטומטיות לנסיעה בדרכים מהירות ולשימוש בנתיבים מיוחדים – כל אלה אפשריים ואולי בלתי נמנעים.

בקרוב יסיעו אותנו נהגים אלקטרוניים לאן שנרצה להגיע, מתי שנרצה, ובבטיחות מלאה – כל עוד לא נצטרך לפנות שמאלה תוך חציית דרכים סואנות. שינויים בפני השטח של הכביש יציבו אף הם בעיות. כך גם שלג וקרח. יהיה חשוב מאוד שלא לפגוע בשוטרי תנועה, בתורנים של משמרות הבטיחות ובכלי רכב של שירותי החירום. ובסביבה עירונית, שבה צפויים הולכי רגל לקפוץ לפני הגלגלים, אולי הכי טוב יהיה ללכת ברגל או להשתמש בתחבורה ציבורית.

כל המפגשים הפשוטים האלה, שנהגים אנושיים מתמודדים עמם מדי יום ביומו, הם בעיות עצומות בשביל מחשבים. פתרונן של בעיות אלה יצריך זמן, כסף ומאמצים. ואף על פי כן, חלק ניכר מן הציבור השתכנע שכלי רכב אוטומטיים לגמרי כבר מחכים לנו מעבר לפינה בעתיד הקרוב.

כיצד נוצר פער הציפיות הזה? חלק מן הבעיה נעוץ במינוח. התקשורת הפופולרית משתמשת ללא הבחנה בביטויים כמו “אוטונומי”, “ללא נהג”, ו”נהיגה עצמית” אף על פי שמדובר בטכנולוגיות שונות מאוד זו מזו. כתוצאה מכך מיטשטשות הבחנות חשובות. תעשיית הרכב עצמה אף היא אינה מסייעת להבהיר את המצב. אנשי השיווק העובדים בשביל יצרני כלי רכב, ספקי ציוד וחברות טכנולוגיה מנסחים בקפידה את החומר הפרסומי שהן משווקות כדי לאפשר לקוראים טווח רחב של פרשנויות על מידת האוטומציה שהמוצרים שלהם מציעים לנהגים. לעיתונאים המסקרים את התחום יש תמריץ לאמץ את התחזיות האופטימיות ביותר: הן פשוט התחזיות הכי מלהיבות. התוצאה היא לולאת היזון חוזר שהולכת ומעצימה תחזיות בלתי מציאותיות.

הבלבול הזה מצער, מפני שנסיעה אוטומטית היא מציאות שכן הולכת ומתקרבת, והיא יכולה להציל חיים, להפחית את זיהום האוויר ולחסוך דלק. אבל היא לא תתרחש כפי שמספרים לנו שהיא עתידה לקרות.

מהי נסיעה אוטומטית

נהיגה היא פעילות מורכבת הרבה יותר מכפי שנדמה לרוב האנשים. היא כרוכה בשורה ארוכה של מיומנויות ופעולות שמקצתן פשוטות יותר לאוטומציה מאחרות. שמירה על מהירות קבועה בדרך פתוחה היא משימה פשוטה ליישום, ולכן מערכות בקרת שיוט רגילות מותקנות במכוניות כבר עשרות שנים. עם התקדמות הטכנולוגיה הצליחו מהנדסים להשיג אוטומציה של משימות משנה נוספות הכרוכות בנהיגה. כיום מותקנות במכוניות רבות מערכות בקרת שיוט מסתגלות (אדפטיביות) ששומרות הן על המהירות הנכונה והן על המרחק מאחורי כלי רכב אחרים. מערכות לשמירה על נתיב הנסיעה, כמו אלה המותקנות בדגמים חדשים של מרצדס-בנץ ואינפיניטי, משתמשות במצלמות, בחיישנים ובמנגנוני בקרת היגוי לשמירת כלי הרכב במרכז הנתיב שבו הוא נוסע. המכוניות של ימינו מתוחכמות מאוד, ובכל זאת, המעבר ממערכות כאלה לנסיעה אוטומטית מלאה יהיה קפיצה אדירה.

סולם מושגים בעל חמש דרגות, שהוגדר על ידי ארגון מהנדסי הרכב העולמי (sae), יכול להבהיר את נושא הנסיעה האוטומטית. בשלושת השלבים הנמוכים של סולם האוטומציה (שלב אפס, המציין היעדר אוטומציה, אינו נכלל בסולם) מצויות טכנולוגיות התלויות בבני אדם כגיבוי למקרי חירום. מערכות בקרת שיוט מסתגלת, מערכות לשמירה על נתיב הנסיעה ומערכות דומות אחרות שייכות לדרגה הראשונה. מערכות מן הדרגה השנייה משיגות אוטומציה של משימות נהיגה מורכבות יותר על ידי שילוב של היכולות הטכנולוגיות מן הדרגה הראשונה (כגון בקרה צִדית ואורכית המאפשרת למכוניות לשמור על נתיב נסיעתן ומערכות בקרת שיוט מסתגלות). זאת רמת האוטומציה המרבית המצויה בכלי רכב המשווקים כיום. מערכות השייכות לדרגה השלישית יאפשרו לנהגים להעביר את כלי הרכב לנהיגה אוטומטית במצבים מסוימים, למשל פקקי תנועה בדרכים מהירות.

שני השלבים הבאים בסולם שונים מאוד מן השלבים הנמוכים מפני שבשלבים האלה כלִי הרכב מתפקד ללא כל סיוע אנושי. מערכות מן הדרגה הרביעית (אוטומציה גבוהה) יטפלו בכל משימות המשנה של הנהיגה, אבל רק בתרחישים מוגדרים מאוד: בחניונים סגורים, לדוגמה, או בנתיבים שיוקצו לכלי רכב כאלה בדרכים מהירות. בראש הסולם מצויה הדרגה החמישית – נסיעה אוטומטית מלאה. יש לשער שמכוניות כאלה הן מה שרבים רואים בעיני רוחם כשהם שומעים דברים כמו אלה שהשמיע מנכ”ל ניסאן קרלוס גושְן שהכריז בביטחון שעד 2020 כבר ייסעו בדרכים כלי רכב אוטומטיים.

האמת היא שאיש אינו מצפה שבמועד זה כבר ישוּוקו כלי רכב שיהיו מצוידים במערכות אוטומטיות מן הדרגה החמישית. קרוב לוודאי שדרגה כזאת של אוטומציה עדיין שייכת לעתיד הרחוק. אפילו מערכות מן הדרגה השלישית עשויות להיות רחוקות באותה מידה. אבל מערכות מן הדרגה הרביעית? מותר לצפות להן כבר בעשור הקרוב. כדי להבין את מצב העניינים המבלבל הזה עלינו לדבר על תוכנה.

סיוטי תוכנה

על אף הרושם הרווֵח, לנהגים אנושיים יש יכולת מצוינת להימנע מתאונות דרכים רציניות. לפי נתונים סטטיסטיים מ-2011, תאונות דרכים קטלניות התרחשו בארה”ב אחת לכל 3.3 מיליון שעות נהיגה. תאונות שהסתיימו בפציעות התרחשו בערך אחת לכל 64,000 שעות נהיגה. המספרים האלה מציבים מטרת בטיחות חשובה למערכות נסיעה אוטומטיות. דרגת הבטיחות שלהן חייבת להיות, לכל הפחות, שווה לזו של נהגים אנושיים. הגעה לדרגת בטיחות כזאת תצריך הרבה יותר פיתוח מכפי שרוצים להודות חסידיה הנלהבים של האוטומציה.

חִשבו כמה פעמים קורה שהמחשב שלכם נתקע. אם אותה התוכנה הייתה אחראית להסעת מכונית, “מסך המוות הכחול” היה הופך ליותר מסתם ביטוי. אפילו עיכוב של עשירית שנייה בתגובת התוכנה עלול להיות מסוכן בעת נסיעה בין כלי רכב אחרים. התוכנה האחראית לנסיעה אוטומטית חייבת אפוא לעמוד בתקנים מחמירים הרבה יותר מאלה המקובלים כיום בשוק מוצרי הצריכה.

עמידה בתקנים האלה היא משימה קשה ביותר שתצריך פריצות דרך בסיסיות בהנדסת תוכנה ובעיבוד אותות. מהנדסים זקוקים לשיטות חדשות לפיתוח תוכנה שיוכחו כאמינות ובטוחות אפילו בתנאים מורכבים ומשתנים במהירות. אמנם יש שיטות פורמליות לניתוח כל כשל אפשרי בקוד כלשהו עוד לפני כתיבתו – אפשר לחשוב עליהן כמו על הוכחות מתמטיות בתכניות מחשב – אבל הן מתאימות רק ליישומים פשוטים מאוד. כיום מדענים רק מתחילים לחשוב כיצד לפתח אמצעי ניתוח שיתאימו לטיפול בקוד מסובך כמו זה הנחוץ לשליטה בכלי רכב אוטומטיים לגמרי.

לאחר כתיבת קוד התוכנה יידרשו למהנדסי התוכנה שיטות חדשות לאיתור שגיאות בקוד ולבדיקתו. השיטות הפועלות כיום מסורבלות ויקרות מדי. כדי לקבל מושג על קנה המידה, חִשבו על כך שמחצית עלות הפיתוח של מטוס צבאי או מסחרי חדש היא עלות הניתוח ובקרת האיכות של התוכנה. והאמת היא שהתוכנה במטוסים הרבה פחות מסובכת ממה שיהיה נחוץ בכלי רכב המיועדים לנסיעה אוטומטית בכבישים. מהנדס יכול לתכנן מערכת טיסה אוטומטית בידיעה שרק במקרים נדירים, אם בכלל, תצטרך המערכת להתמודד עם יותר ממטוס אחד או שניים בקרבת המטוס. התוכנה אינה צריכה לדעת בדיוק מלא את מהירותם ומיקומם של המטוסים האלה מפני שהמרחקים בין המטוסים משאירים לה די והותר זמן תגובה מפני שההחלטות צריכות להתקבל בתוך פרקי זמן של עשרות שניות. כלי רכב בנסיעה אוטומטית על כביש, לעומת זאת, יצטרך לעקוב אחרי עשרות כלי רכב אחרים, לאתר מכשולים שונים בדרך, ולקבל החלטות בתוך שברירי שנייה. רמת המורכבות של הקוד הנחוץ לשם כך תהיה גבוהה בעשרות מונים מזאת הדרושה בתוכנה להטסת מטוס.

לאחר בדיקת הקוד יצטרכו היצרנים למצוא דרכים “להוכיח” את בטיחותה של מערכת נסיעה אוטומטית מלאה מול גורמים שונים: הממונים על ניהול הסיכונים בחברה, חברות הביטוח, פעילים ועמותות לבטיחות בדרכים, רגולטורים, וכמובן גם צרכנים פוטנציאליים. מבדקי הבטיחות הפורמליים המקובלים כיום אינם מתאימים כלל למטרה זו. הבודקים יצטרכו לערוך נסיעות מבחן באורך של מאות מיליוני קילומטרים, אם לא מיליארדים, כדי להבטיח שיעור חשיפה משמעותי מבחינה סטטיסטית של כלי הרכב לתרחישים המסוכנים שבהם הוא עלול להיתקל בשימוש רגיל אצל אלפי לקוחות. יש מי שהתחילו לחשוב על פתרונות לבעיה זו. הממשלה והתעשייה בגרמניה יזמו פרויקט בעלות של מיליוני דולרים שזו בדיוק מטרתו, אך אלה מאמצים ראשוניים בלבד.

הקוד שישלוט בכלי הרכב, “המוח” שלו, אינו הדבר היחיד שיצטרך לעבור בדיקות. החיישנים שיספקו ל”מוח” הזה את הנתונים שלפיהם יהיה עליו לקבל את ההחלטות יהיו חייבים לעמוד בבדיקות מחמירות לא פחות. המהנדסים יצטרכו לפתח אלגוריתמים חדשים לעיבוד נתוני חיישנים ולשילוב נתונים ממקורות שונים כדי לקבוע אם עצמים בדרכו של כלי הרכב הם עצמים בלתי מזיקים או מסוכנים. מערכות אלה יצטרכו להבטיח שיעור כמעט אפסי של אי זיהוי עצמים מסוכנים וסיווגם השגוי כבלתי מסוכנים, ושיעור נמוך ביותר של זיהוי עצמים בלתי מסוכנים כמסוכנים (אירועים כאלה עלולים להוביל לתגובות בלתי רצויות של כלי הרכב כגון סטייה פתאומית מן המסלול או בלימה חזקה).

במערכות למטוסים מסחריים הפתרון הוא יתירוּת – מערכות גיבוי רבות. הדרך הזאת אינה פתוחה למהנדסי רכב מפני שמכונית אוטומטית היא מוצר צריכה שמחירו חייב להיות בהישג ידו של קהל גדול. הסתמכות על בינה מלאכותית (AI) אינה בהכרח הפתרון. יש מי שטוענים שלמידת מכונה תוכל לאפשר למערכות נסיעה אוטומטיות ללמוד מנתונים שייאספו במיליוני שעות נסיעה, ולהמשיך ללמוד במהלך כל משך פעילותן. אבל למידת מכונה כרוכה בבעיות משלה הנעוצות בכך שהיא בלתי דטרמיניסטית: שני כלי רכב יכולים לצאת מאותו קו ייצור אבל כעבור שנה של היתקלויות במצבי תנועה שונים, התנהגותן של שתי המערכות תהיה שונה מאוד זו מזו.

עתיד הדרגה הרביעית

בעבר אמרתי שמערכות נסיעה אוטומטיות לגמרי, מן הדרגה החמישית, לא יהיו בגדר אפשרות לפני 2040. בשלב כלשהו התחילו לצטט אותי כאילו אמרתי שב-2040 תהפוך אוטומציה מן הדרגה החמישית למציאות בשטח. עכשיו אני אומר שכלי רכב אוטומטיים לגמרי, שמסוגלים לנסוע בכל תנאי, לא יעלו על הכביש לפני 2075. האם ייתכן שזה בכל זאת יקרה מוקדם יותר? ודאי, אבל לא הרבה לפני.

גם עתידה של אוטומציה מן הדרגה השלישית לוט בערפל בשל הקושי הממשי מאוד ללכוד במצב חירום את תשומת לִבם של נהגים השקועים בהתבוננות בנוף החולף, או גרוע מזה – נהגים שנרדמו. שמעתי מפי נציגים של כמה יצרני רכב שזאת בעיה קשה כל כך עד שאין בכוונתם אפילו לנסות לפתח אוטומציה מן הדרגה השלישית. ייתכן שאוטומציה מן הדרגה השלישית לא תתממש לעולם, למעט אולי בטכנולוגיה שתוכל לשלוט בנסיעה בפקקי תנועה, שבהם העצירה וההתקדמות אטיים והנזק המרבי עלול להיות עיקום בפגוש.

ובכל זאת, קרוב לוודאי שכבר בעשור הקרוב נראה מכוניות עם רמת אוטומציה גבוהה. כמעט כל יצרן רכב גדול וחברות רבות בתחום טכנולוגיות המידע מקצים משאבים רציניים לאוטומציה מן הדרגה הרביעית: נסיעה אוטומטית מלאה המוגבלת לסביבות מוגדרות ושאינה תלויה בגיבוי של בני אדם שעלולים לטעות. כשפעולתן של מערכות לנסיעה אוטומטית מוגבלת למצבים מוגדרים, היתכנותן עולה פלאים. (כלי רכב אוטומטיים להסעת בני אדם פועלים בשדות תעופה גדולים כבר שנים – אבל רק במסילות נפרדות לגמרי.)

יש סיכוי גדול שב-10 השנים הקרובות נראה אוטומציה מלאה של פעולות כמו חניה אוטומטית בחניונים. נהגים יוכלו להשאיר את מכוניתם בחניון מיוחד שלא יאפשר כניסה להולכי רגל ולכלי רכב בלתי אוטומטיים. מערכת אוטומטית בכלי הרכב תתקשר עם חיישניים שיהיו פרוסים בחניון כדי למצוא מקומות חניה פנויים ולנווט אליהם. מכיוון שלא יהיה צורך לפתוח את הדלתות יוכלו מקומות החניה להיות צרים יותר מאשר כיום וכך יוכלו חניונים באזורים שבהם החניה יקרה להכיל יותר כלי רכב.

באזורים עירוניים להולכי רגל בלבד, בפארקים לעסקים, בקמפוסים של אוניברסיטאות ובמקומות אחרים שבהם אסור לנסוע מהר, יוכלו לפעול מעבורות נוסעים ללא נהג במהירות נמוכה. בסביבות כאלה, יהיה די בחיישנים בעלי יכולות פחותות כדי לזהות הולכי רגל ורוכבי אופניים, ואם חיישן יטעה בזיהוי ויגרום לבלימה מיותרת, איש לא ייפגע (לכל היותר התקרית תכעיס את נוסעי כלי הרכב). פרויקט CityMobil2 של הנציבות האירופית כבר מפעיל טכנולוגיות כאלה זה כמה שנים, ומפגן היכולות הסופי שלו מתוכנן להיערך בקיץ 2016.

נתיבי אוטובוסים מופרדים ומסלולים למשאיות בלבד יאפשרו בקרוב לכלי רכב מסחריים לפעול בדרגות אוטומציה גבוהות יותר. הפרדה פיזית של כלי הרכב האלה ממשתמשים אחרים בדרכים תפשט מאוד את המערכות האחראיות לזיהוי סכנות ולתגובה להן. בסופו של דבר יוכלו משאיות ואוטובוסים ללא נהג לנסוע בעקבות כלִי רכב נהוג בידי אדם בשיירות חסכוניות בדלק. דגמי ניסוי של מערכות להסעת שיירות אוטובוסים ומשאיות כבר נבדקים על ידי חוקרים מכל רחבי העולם, בין השאר בתכנית PATH באוניברסיטת קליפורניה בברקלי, בפרויקט האנרגיה ITS של יפן, ובפרויקטים KONVOI ו-SARTRE באירופה.

אבל קרוב לוודאי שהיישום הנפוץ ביותר של אוטומציה מן הדרגה הרביעית בעשור הבא יהיה מערכות אוטומטיות למכוניות נוסעים אישיות בדרכים מהירות. המערכות האלה יאפשרו למכוניות להסיע את עצמן בתנאי דרך מסוימים ובקטעים מוגדרים של דרכים מהירות. בכלי הרכב האלה תהיה יתירוּת של רכיבים ותת־מערכות כדי לאפשר להם “לצלוע” למקום מבטחים ללא הכוונה אנושית במקרה של תקלה. סביר להניח שהשימוש בהם יוגבל לתנאי מזג אוויר טובים ולקטעי דרך שיעברו מיפוי מפורט עד לרמה של מיקומי השלטים וסימוני הנתיבים. קטעי דרך אלה עשויים לכלול אפילו אתרים לעצירה בטוחה שאליהם יוכלו כלי רכב להגיע בעת תקלה. רוב יצרני הרכב הגדולים כבר עובדים על פיתוח מערכות כאלה, ובשנה הבאה מתכננת חברת וולבו ניסוי שטח פתוח של יכולות כאלה בגטבורג שבשוודיה, ניסוי שיכלול 100 כלי רכב ניסיוניים.

התרחישים האלה אולי אינם נשמעים עתידניים ומלהיבים כמו נהג אלקטרוני אישי, אבל יש להם יתרון אחד: הם אפשריים, אולי אפילו בלתי נמנעים, והם יגיעו כבר בעתיד הקרוב.

על הכותב

סטיב א’ שְלָדוֹבֶר – מהנדס מכונות בהכשרתו ומחזיק בתארים ראשון, שני ושלישי מן המכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס (MIT). בשנות ה-80 הוא עזר להקים את תכנית PATH‏ במכון ללימודי תחבורה באוניברסיטת קליפורניה בברקלי.

לקריאה נוספת

• Technical Challenges for Fully Automated Driving Systems. Steven Shladover. Presented at the 21st World Congress on Intelligent Transport Systems, Detroit, Mich., September 7–11, 2014
• Towards Road Transport Automation: Opportunities in Public. Private Collaboration. Summary of the Third EU-U.S. Transportation Research Symposium, Washington, D.C., April 14–15, 2015. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, 2015

• Summary of definitions for SAE International’s 2014 report Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems
• בדרך אל מכוניות שאינן מתנגשות, סטיבן אשלי, סיינטיפיק אמריקן ישראל, מארס 2009