Robottiauto on yksi eniten ihmisten arkielämää tulevina vuosina muuttavista innovaatioista. Sen kehittämiseen liittyy monenlaisia mahdollisuuksia, mutta myös epävarmuustekijöitä. Kaiken takana on nopeasti kehittyvä anturitekniikka.

Artikkelin on kirjoittanut Radhika Arora, joka toimii autonomisten ajoneuvojen ratkaisujen johtajana On Semiconductorilla. Hän kehittää erityisesti kuva-antureihin perustuvia ratkaisuja robottiautoihin. Aiemmin Radhika työskenteli Sonyllä, missä hän vastasi yhtiön kuva-anturipiirien liiketoiminnasta erityisesti autoteollisuuden tarpeisiin.

Meidät on ympäröity ideoilla, kiihkeällä keskustelulla ja voimakkailla mielipiteillä siitä, mitä tulevaisuuden kaupungin luominen vaatisi. Ison osan tätä visiota muodostavat itseajavat autot, jotka tekniikkana vaikuttavat moniin osiin jokapäiväistä elämäämme – miten matkustamme, miten elämme, miten luomme uusia teollisuudenaloja ja työpaikkoja samalla, kun ne mullistavat muita alueita.

Maailman muuttuu nopeasti ja meidän täytyy innovoida sopeutuaksemme näihin uusiin, nouseviin olosuhteisiin. Ajoneuvojen omistaminen vähenee suurissa kaupungeissa, kun ihmisten mielestä on helpompaa, mukavampaa ja kustannustehokkaampaa käyttää kyydinjakopalveluita. Kauppakeskukset ja tavaratalot taistelevat olemassaolostaan verkkokaupan nopeasti kasvaessa ja elämäntavan muuttuessa suosimaan ruokakuljetuspalveluja. Verkkokaupan kasvun myötä logistiikan innovatiivisista ratkaisuista tulee merkittävä teknologinen trendi.

Kun pidetään kaikki tämä mielessä, voidaan katsoa mahdollisuuksien yli ja tehdä tilannetarkistus siitä, missä todella autonomisten ajoneuvojen toteutuksessa mennään ja mitä vaatisi viedä autonominen tekniikka datankeruuvaiheesta jokapäiväiseen massakäyttöön.

Kuinka rakentaa luottamusta autonomisiin ajoneuvoihin?

Aloitetaanpa katsomalla, kuin pitkälle olemme edistyneet autonomisen ajon tekniikassa ensimmäisen Waymo-auton jälkeen. USA:ssa Kalifornia on ainoa osavaltio, jossa liikenneministeriö velvoittaa julkistamaan robottiautotestien tulokset. 28 yritystä on julkistanut tuloksia. Näiden yritysten mukaan ne ajoivat yli kaksi miljoonaa kilometriä autonomisesti. Näiden matkojen aikana autot siirsivät ohjauksen kuljettajalle 73550 kertaa. Tuhatta mailia kohti turvakuljettaja joutui siis puuttumaan ajamiseen keskimäärin viisi kertaa tai kerran jokaista 200 mailia eli 320 kilometriä kohti.

Tämän perusteella Kalifornian liikenneministeriö löysäsi sääntöään niin, että autonomisessa ajoneuvossa ei välttämättä tarvitse olla turvakuljettajaa. Tämä merkitsi isoa muutosta ja tähän asti vain Waymolle on myönnetty tällainen lisenssi. Kalifornia avasi vähän aikaa sitten tiensä myös kevyille autonomisille ammattiautoille, mikä sisältää pakettiautot ja lava-autot. Raportoinnin kannalta tämä näkyvyys tuo suuria hyötyjä kansalaisten kouluttamisen näkökulmasta, mutta pakottaa myös tuottamaan yksityiskohtaisempaa tietoa, jonka perusteella voidaan tehdä parempia johtopäätöksiä. Jos yritys esimerkiksi raportoi autonomisen ajon päättyneen havaintoon liittyvien ongelmien takia, liikenneministeriön säännöt eivät pakota kertomaan, mitä objektia auto ei osannut havaita (tai ei toistuvasti havaitse), tunnistaa tai luokitella. Datan tarkkuuden määrittelyn standardiprosessin tai -metodologian puuttuessa raporttien tehokkuus yleisön luottamuksen kasvattamisessa on kyseenalainen.

Tyynenmeren toisella puolella Kiinasta uskotaan tulevan autonomisten ajoneuvojen suurin markkina-alue. McKinsey-raportin mukaan autonomisilla autoilla voidaan tehdä jopa 66 prosenttia matkustuskilometreistä vuonna 2040, mikä luo liikkumiselle 1,1 biljoonan dollarin liikevaihdon ja lähes biljoonan dollarin autonomisten ajoneuvojen vuosittaiset myyntimarkkinat siihen mennessä.

Joulukuussa 2017 Pekingistä tuli ensimmäinen kaupunki, joka julkisti säännöt itseajaville autoille kaupungin teillä. Shanghai seurasi pian perässä. Helmikuussa 2018 Pekingissä avattiin ensimmäinen autonomisten ajoneuvojen testauskeskus. Innovatiivisessa 133 tuhannen neliömetrin laitoksessa matkitaan todellista testausympäristöä staattisissa ja dynaamisissa liikenneskenaarioissa sekä kaupunkiteillä että maaseudulla. Kiinan hallitus on investoinut vahvasti ja sitonut suuria summia rahaa ja resursseja rohkaistakseen yrityksiä kehittämään edistyneimpiä tekniikoita kasvattaakseen autonoista autoilua nopealla tahdilla. Kiina haluaa asemoida itsensä teknologiajohtajana, joka vetää autonomisten ajoneuvojen markkinaa.

Myös Euroopan Unioni tunnistaa selvästi autonomisten ajoneuvojen hyödyt ja sen, miten laajalle leviävä niiden vaikutus voi olla. Jäsenvaltioiden välillä on vankkaa yhteistyötä, jolla halutaan taata, että itseajavien autojen tekniikka otetaan eri maissa käyttöön yhteneväisesti. Tämä käy selvästi ilmi Wienin tieliikennesopimuksesta (The Vienna Convention on Road Traffic), joka velvoittaa reguloimaan liikennettä yhtenäisesti maiden rajojen yli. Johdonmukaisuutta vahvistaa sekin, että robottiautoja voidaan testata kaupunkeja yhdistävillä moottoriteillä. EU:n suunnitelmissa on tuoda kuskittomat rekat kaupunkien välisille teille kahden vuoden kuluessa. Lyhentyvät kuljetusajat ja pienentyvät polttoainekustannukset ovat vain esimerkkejä odotetuista hyödyistä.

Katsotaanpa hieman tarkemmin muutamia EU-maita. Saksa, jota usein pidetään perinteisten autonvalmistajien mekkana, oli yksi ensimmäisiä autonomiset ajoneuvot teillään hyväksyneitä maita – vaikka mukaan vaaditaankin turvakuljettaja. Hollanti johtaa kehitystä selvästi, ei vain Euroopassa, vaan globaalisti. Maassa on nyt sallittua testata itseajavia ajoneuvoja ilman ihmiskuljettajan läsnäoloa ja ohjausta.

Ruotsiin on perustettu testiohjelmia, joissa useat yritykset testaavat minibusseja kattavissa ja kunnianhimoisissa hankkeissa tavoitteena tuoda autonomiset linja-autot markkinoille. EU:n tutkimuksesta, tieteestä ja innovaatiosta vastaavan komissaarin Carlos Moedasin mukaan ”ei-autonomisen auton omistaminen on pian kuin omistaisi hevosen”. Kun kaikki nämä maat työskentelevät yhdessä, Eurooppa on luomassa turvallisemman ja tehokkaamman tieverkoston kehittämällä yhteisön kattavan strategian robottiautojen tuomisesta teille.

Anturit – robottiautojen silmät

Anturiteknologia on autonomisten ajoneuvojen kriittinen mahdollistava komponentti. Ne tuovat kyvyn havaita objekteja ajoneuvon tiellä ja toimia sen silminä, tuottaen dataa, johon automatisoidut päätökset voivat perustua. Tarkastellaanpa muutamaa robottiautojen tekniikan keskiössä olevaa anturia.

Kamerat ovat luokittelun ja pintojen/tekstuurien tulkinnan mestareita, ja nykyään ne ovat kaupallisesti käyttökelpoisin anturivaihtoehto. CMOS-kuva-anturit eli kameroiden keskeinen komponentti, ovat kehittyneet vahvasti kauniiden selfiekuvien ajoista. Nämä anturit ovat kehittyneet ”pelkästä näkemisestä” näkemiseen ja aistimiseen. Ne ovat tärkein anturi esimerkiksi eteenpäin katsovissa ADAS-järjestelmissä (Advanced Driver Assistance) ja liikennevalojen tunnistamisessa. Kerätty anturidata syöttää tärkeää tietoa auton päätöksentekoprosessiin. Robottiautoissa tänään käytettävät CMOS-anturit on varustettu erittäin edistyneillä toiminnoilla, joiden avulla ne voivat tehokkaasti käsitellä kaikkia ajotilanteita kaikenlaisissa ympäristöissä ja olosuhteissa.

HDR eli High dynamic range on kamerapiirien määrittelyissä kriittinen parametri. Se tarkoittaa anturin kykyä erottaa näkymän tummin ja kirkkain osa samassa kehyksessä ilman yli- tai alivalottumista. Toisin sanoen anturin pitää olla immuuni muuttuville ympäröivän valon olosuhteille, kuten äkillisesti tuleville auringonvalon heijastuksille tai tunneliin pimeyteen tai sieltä päivänvaloon tulemisille. ON Semiconductorin kaltaiset yritykset kehittävät kuvapiirejä, joissa on laajin dynaaminen ala (HDR), joihin autonimisten ajoneuvojen sovellukset voivat luottaa.

Toinen autonomisen ajamisen trendi on suuremman resoluution anturit. Tätä ajaa robottiautojen tarve nähdä pidemmälle ja samaan aikaan pystyä havaitsemaan kaikenkokoisia objekteja. Tämä antaa ennen kaikkea kyvyn lisätä pikselien määrää astetta kohti objektissa, mikä tekee itseajamisen algoritmien työstä tehokkaampaa sekä objektien havaitsemissa että niiden luokittelemisessa.

Kolmostason ja sitä edistyneemmät autonomiset ajoneuvot ovat pitkälti riippuvaisia laitteistoon ja ohjelmistoon siinä päätöksenteossa, josta muuten olisivat ihmiset vastuussa. Tämä voi tehdä ajoneuvot alttiimpia kyberhyökkäyksille tai hakkeroinnille. Tämä on käynnistänyt erilaisten suojaus- ja turvallisuustoimintojen – myös kyberturvan – kehittämisen anturitasolla. Tämän haasteen ja uhan tunnistaessaan ON Semiconductor esittelee ensimmäisen autoihin suunnitellun kuvapiirin, jossa on täysin integroidut kyberturvatoiminnot.

LiDARien alueella toimivat yritykset ovat herättäneet myös monen sijoittajan mielenkiinnon. Tätä teknologiaa pidetään erittäin haluttuna itseajaviin autoihin, mutta se voi merkittä kallista hintalappua. LiDARin kyky luoda 3D-pistepilven erottaa sen muista anturitekniikoista. Waymo muutti jo pelin säännöt esittelemällä itse kehittämänsä LiDARin, joka paitsi havaitsee jalankulkijat, pystyy myös tunnistamaan, mihin suuntaan jalankulkijat ovat menossa. Tämä antaa autoilla kyvyn nähdä jalankulkijoiden tai pyöräilijöiden käsimerkit ja sitten säätää ajokäyttäytymisestä sen mukaisesti.

Kantama, resoluutio ja kehysnopeus ovat muita kriittisiä parametreja, kun LiDARia valitaan. Uusin LiDAR-teknologia kykenee näkemään yli 200 metrin päähän. Ideana on ei vain tunnistaa objekteja tiellä, vaan myös pystyä luokittelemaan ne ja tuottamaan palautetta päätöksentekojärjestelmälle, jotta auton reittiä voidaan tarvittaessa muuttaa. Objektien heijastavuus on myös tärkeässä roolissa. Tämänhetkiset LiDARit pystyvät havaitsemaan voimakkaasti heijastavia objekteja matkan päästä, mutta työtä on edelleen tehtävä, jotta ne tunnistavat heikosti heijastavia kohteita pitkän matkan päästä.

Tutka on toinen anturityyppi, josta puhutaan säännöllisesti ja joka on kriittisen autonomisen autoilun tulevaisuuden kannalta. Tutkan ainutlaatuiset edut ovat ilmeisiä, kun ajetaan pimeässä ja kaikissa sääolosuhteissa. Millimetrialueen tutkat ovat teknologian erityisluokka, joka käyttää lyhyen aallonpituuden sähkömagneettisia aaltoja ja on tulossa suosituksi autonomisen ajamisen sovelluksissa.

Vastaanottamalla heijastuvan signaalin tutkajärjestelmä voi määritellä objektien etäisyyden, nopeuden ja kulkusuunnan. Millimetrialueen 76-81 gigahertsin alueella toimiva järjestelmä (aallonpituus on noin 4 millimetriä) pystyy havaitsemaan millimetrin murto-osien mittaisia liikkeitä. Tämä tuo autoihin aiemmin näkemättömän tarkkuuden tason. Se mahdollistaa tarkat mittaukset ajoneuvon ja ympäröivien ajoneuvojen sekä objektien välillä. Toinen parannus nähdään kyvyssä tehdä kompaktimpia ja integroidumpia laitteita ilman tarvetta suurille, näkyville antenneille.

Autonominen ajoneuvo on yksi odotetuimpia innovaatioita, joka voi vaikuttaa miljoonien ihmisten elämään kaikkialla maapallolla. Kun tämä teknologia tulee yleiseen käyttöön, sen vaikutukset – niin positiiviset kuin negatiiviset – tulevat olemaan merkittäviä. Yksi asia on varmaa: olemme lähdössä mielenkiintoiselle ajomatkalle!

Lisätietoja

https://ihsmarkit.com/research-analysis/beijing-shanghai-open-more-roads-for-testing-selfdriving-cars.html
https://www.euractiv.com/section/automated-vehicles/news/eu-commission-drives-home-merits-of-autonomous-vehicles/