A che punto si è arrivati nell’implementazione di veicoli realmente autonomi e quali sono le azioni che è necessario intraprendere per far sì che la tecnologia per la guida autonoma si trasformi da mezzo per la raccolta di dati in una realtà di uso quotidiano?
Partiamo con un breve excursus sull’evoluzione delle tecnologie di guida autonoma a partire dall’introduzione della prima auto di questo tipo da parte da Waymo (azienda dell’universo Alphabet specializzata appunto nello sviluppo di tecnologie per self-driving car). Considerando ad esempio il mercato statunitense, nello Stato della California (l’unico in cui il Dipartimento dei trasporti - DMV – Department of Motor Vehicles - impone l’obbligo di rilasciare report nel caso di collaudi di veicoli autonomi), sono state 28 le società autorizzate ad eseguire i test sulle strade pubbliche che hanno fornito tali rapporti. In totale le auto di queste società hanno percorso oltre due milioni di miglia (ovvero più di 3,2 milioni di chilometri) in modalità autonoma facendo registrare 73.550 fenomeni di disengagement (disattivazione delle guida automatizzata, ovvero la situazione in cui il sistema torna sotto il controllo del conducente oppure il conducente deve intervenire per garantire un comportamento sicuro del veicolo). La media di disattivazione della guida automatizza è stata pari a 5 volte ogni 1000 miglia (quindi un fenomeno di disengagement ogni 200 miglia). Per questo motivo il Dipartimento dei Trasporti della California ha dato la possibilità di effettuare i collaudi di auto a guida autonoma sprovviste di conducente. Si tratta di un’evoluzione indubbiamente importante e la prima azienda ad aver ottenuto l’autorizzazione di testare veicoli completamente autonomi sulle strade dello Stato (senza guidatori umani dietro al volante) è stata proprio Waymo. Recentemente la California ha anche concesso l’autorizzazione ai collaudi di camion leggeri a guida autonoma, una categoria che comprende minivan, pick-up, furgoni e furgoncini.
Questi report, anche se molto utile per informare i cittadini, devono però includere un maggior numero di dettagli che permettano di trarre conclusioni significative. Se ad esempio una società che effettua i collaudi evidenzia che si è verificato un fenomeno di disengagement a causa di un problema di riconoscimento, le attuali regole emanate da DMV non obbligano la società stessa a segnalare su quale oggetto si è verificato (una o più volte) l’errore di identificazione o di classificazione. In mancanza di un processo o una metodologia standard per verificare l’accuratezza dei dati, questi report non rappresentano un mezzo molto efficace per aumentare la fiducia del pubblico in questa tecnologia.
Chinese seld-driving car
Sull’altra sponda del Pacifico, la Cina è destinata a diventare il più vasto mercato per i veicoli a guida autonoma. In base a uno studio condotto da McKinsey “I veicoli a guida autonoma potrebbero rappresentare fino al 66% dei passeggeri/chilometro (un indice della capacità di trasporto) che saranno percorsi nel 2040, generando per quell’anno un volume di affari di 1.100 miliardi di dollari per quanto riguarda i servizi di mobilità e di 900 miliardi di dollari in termini di vendite di veicoli autonomi”.
Nel dicembre 2017 Pechino è divenuta la prima metropoli a emanare leggi relative ai veicoli a guida autonoma sulle strade cittadine, seguita da Shangai. Nel febbraio dell’anno successivo nella capitale cinese è stato aperto il primo centro per il collaudo di veicoli autonomi. In questo centro, di dimensioni pari a 133.000 Sqm (oltre 12.000 mq) vengono riprodotti ambienti di collaudo reali con decine di scenari di traffico statico e dinamico tipici delle strade urbane e rurali. Il governo cinese ha effettuato imponenti investimenti e ha messo a disposizione ingenti quantità di denaro e risorse per incoraggiare le aziende a sviluppare le tecnologie più avanzate per conquistare in tempi brevi fette significative di questo mercato. L’obbiettivo della Cina è imporsi come nazione leader a livello tecnologico e assumere la guida del mercato dei veicoli a guida autonoma.
Uno sguardo all’Europa
Anche l’Unione Europea (EU) ha chiaramente compreso i vantaggi derivati dai veicoli a guida autonoma e l’entità del loro impatto. La solida cooperazione in essere tra i diversi Stati membri assicura una diffusione omogenea e coerente di questa tecnologia tra le varie nazioni. Ciò è evidente fin dai tempi della Convezione di Vienna che disciplina il traffico stradale internazionale attraverso un insieme coordinato di norme uniformi. L’armonizzazione nello sviluppo di autostrade (e della relativa segnaletica) che collegano le diverse città è un altro elemento che favorisce il test di veicoli autonomi. Oltre a ciò l’Unione Europea ha messo a punto un piano che nel giro di un paio di anni vedrà circolare camion senza conducente tra le diverse città . Riduzione dei tempi di transito e risparmio di carburante sono due tra i vantaggi previsti dall’adozione di questo progetto. A questo punto è utile un’analisi più dettagliata di ciò che accade in alcuni Paesi facenti parte dell’Unione Europea. La Germania, considerato il polo d’attrazione delle aziende automobilistiche tradizionali, è stata una delle prime nazioni a legalizzare l’uso dei veicoli a guida autonoma sulle strade, anche se con l’obbligo del conducente a bordo. I Paesi Bassi detengono un ruolo di leadership non solo in Europa, ma anche a livello mondiale, in quando ora consentono il collaudo di veicoli a guida autonoma senza la presenza e il controllo di un autista umano. La Svezia, dal canto suo, ha fornito la piattaforma per i programmi di test che coinvolgono i minibus e sono parecchie le società che hanno messo a punto ambiziosi programmi per l’introduzione di bus autonomi. Secondo Carlos Moedas, commissario europeo per la ricerca, la scienza e l’innovazione: “In tempo brevi possedere un auto non autonoma equivarrà a possedere un cavallo”. Grazie a tutti questi Paesi che operano all’interno di un framework comune, l’Europa sta creando una rete stradale più sicura ed efficiente attraverso lo sviluppo di una strategia a livello nazionale che prevede l’integrazione dei veicoli a guida autonoma.
I sensori: gli occhi dei veicoli autonomi
I sensori sono sicuramente componenti critici dei veicoli autonomi. Essi possono rilevare gli oggetti che si trovano sul percorso del veicolo e agiscono alla stregua di veri e propri occhi, fornendo dati in base ai quali è possibile prendere decisioni autonome. Nel seguito una breve analisi che alcuni tipi di sensori di fondamentale importanza per i veicoli autonomi.
Le telecamere svolgono un ruolo di fondamentale importanza nelle operazioni di classificazione e di interpretazione delle immagini (texture) e attualmente rappresentano la tipologia di sensore più valido e diffuso. I sensori di immagine CMOS, che sono i componenti principali delle telecamere, hanno fatto registrare notevoli progressi dai tempi in cui veniva utilizzare per scattare belle foto o fare dei selfie. Da sensori utilizzati solo per la visualizzazione sono evoluti integrando anche funzionalità di rilevamento. Essi sono i principali sensori utilizzati dai sistemi ADAS (Advanced Driver Assistance) per la visione frontale e il riconoscimento dei segnali semaforici. I dati acquisiti dai sensori trasmettono informazioni di importanza cruciale per il processo decisionale del veicolo. I sensori di immagine CMOS utilizzati negli odierni veicoli autonomi integrano funzionalità avanzate grazie alle quali possono gestire tutti i possibili scenari di guida in qualsiasi condizione ambientale.
L’HDR (High Dynamic Range) è una specifica critica e di fondamentale importanza dei sensori per telecamere. Questo parametro definisce la capacità del sensore di registrare informazioni in condizioni di illuminazione differenti all’interno di una stessa scena (dove ovviamente ci saranno parti più chiare e parti più scure) senza dar luogo a fenomeni di sovra o sotto-saturazione. In altre parole, il sensore non deve essere influenzato alle variazioni delle condizioni di luce ambientale, come accade nel caso dell’esposizione improvvisa a un’angolazione soleggiata o a una riflessione, oppure quando il veicolo entra ed esce dalle gallerie durante il giorno. Aziende come ON Semiconductor propongono sensori di immagine caratterizzati da un HDR molto elevato che possono essere utilizzati con la massima sicurezza sui veicoli a guida autonoma.
L’impiego di sensori contraddistinti da risoluzioni sempre più elevate è un’altra delle più importanti tendenze tecnologiche nel settore dei veicoli autonomi. Questi ultimi devono essere non solo in grado di vedere più lontano, ma anche di rilevare oggetti di qualsiasi dimensione. Ciò consente di aumentare il numero di pixel per grado sull’oggetto e conferire una maggiore efficienza agli algoritmi di guida automatica che sono quindi in grado di espletare compiti di rilevamento e classificazione degli oggetti.
Per i veicoli autonomi di livello 3 e superiori la dipendenza dall’hardware e dal software per il processo decisionale è molto elevata, senza dimenticare che i veicoli stessi risultano più esposti al pericolo di attacchi informatici e di accessi fraudolenti (hacking). Ciò ha dato vita allo sviluppo di numerose funzionalità di protezione e di sicurezza e la sicurezza informatica è stata aggiunta a livello dei sensori. Per far fronte a queste problematiche e a queste minacce, ON Semiconductor ha sviluppato il primo sensore di immagine per l’uso in campo automotive che integra funzionalità di sicurezza informatica.
LIDAR: un’origine militare
Le aziende che operano nel settore dei LiDAR hanno attirato l’attenzione degli investitori. Questa tecnologia risulta particolarmente utile per i veicoli a guida autonoma, anche se il costo risulta elevato. La capacità del LiDAR di creare una nuvola di punti 3D lo distingue dalle altre tecnologie di rilevamento. Waymo ha di fatto riscritto le regole di questo settore con l’introduzione del proprio LiDAR che non solo è in grado di rilevare i pedoni, ma anche di valutare la loro direzione e quella in cui si sposteranno. In questo modo i veicoli potranno vedere le segnalazioni manuali fatte da pedoni e ciclisti e adeguare di conseguenza il comportamento di guida. Nella scelta di un LiDAR tra i principali parametri da tenere in considerazione si possono annoverare range, risoluzione e rotazione/frequenza di fotogrammi (frame rate). I LiDAR di più recente introduzione sono in grado di vedere a distanze superiori a 200 metri. L’obiettivo non è solo quello di rilevare un oggetto sulla strada, ma anche di procedere a una classificazione, fornire riscontri al sistema decisionale e modificare il percorso del veicolo quando necessario. Anche la riflettività di un oggetto riveste un ruolo di fondamentale importanza. Mentre i LiDAR attuali sono in grado di rilevare a distanza oggetti caratterizzati da un’elevata riflettività, è necessario l’apporto di ulteriori migliorie per consentire a questi dispositivi di rilevare oggetti caratterizzati da scarsa riflettività posti a lunga distanza.
Radar automobilistici
Il radar è un altro tipo di sensore molto diffuso che riveste un’importanza critica per il futuro dei veicoli a guida autonoma. I vantaggi dei radar sono evidenti durante i tragitti notturni e in tutte le condizioni atmosferiche. I radar a onde millimetriche sono una particolare classe di radar che utilizzano onde elettromagnetiche con lunghezza d’onda ridotta e si stanno rapidamente diffondendo nelle applicazioni di guida autonoma.
Mediante l’acquisizione del segnale riflesso, un radar è in grado di determinare range, velocità e angolazione degli oggetti. Un sistema a onde millimetriche operante nella gamma di frequenza compresa tra 76 e 81 GHz (con una corrispondente lunghezza d’onda di circa 4 mm) è in grado di rilevare movimenti dell’ordine della frazione di un millimetro. Ciò garantisce un livello di precisione impensabile finora nel settore automobilistico e consente di effettuare misure estremamente accurate tra un veicolo e i veicoli e gli oggetti circostanti. Un ulteriore vantaggio è rappresentato dal fatto di poter realizzare design più integrati e compatti, che non richiedono la presenza di antenne visibili e di grandi dimensioni.
I veicoli autonomi rappresentano senza dubbio una delle innovazioni più attese, in grado di modificare radicalmente lo stile di vita di milioni di persone in tutto il mondo. Nel momento in cui questa tecnologia diventerà sempre più accessibile al grande pubblico gli effetti complessivi – positivi o negativi che siano – avranno un impatto significativo. L’unica certezza è che si tratterà di un percorso decisamente interessante.
