اتوماسیون (Automation) به معنای استفاده از سیستم‌ها و فناوری‌ها برای انجام وظایف با حداقل دخالت انسان است. این مفهوم در طول تاریخ بشریت در صنایع و بخش‌های مختلف، از تولید و رباتیک صنعتی گرفته تا سیستم‌های کنترل فرآیند، تحولات عظیمی ایجاد کرده است. یکی از هیجان‌انگیزترین و چالش‌برانگیزترین کاربردهای امروزی اتوماسیون، در حوزه حمل و نقل و به طور خاص رانندگی خودران (Self-Driving) است. رانندگی خودران به توانایی یک وسیله نقلیه برای درک محیط اطراف خود و حرکت ایمن بدون نیاز به کنترل و دخالت مستقیم انسان اشاره دارد. توسعه خودروهای خودران پتانسیل دگرگون‌سازی نحوه جابجایی افراد و کالاها را دارد و وعده افزایش ایمنی، کاهش ترافیک و دسترسی بیشتر به حمل و نقل را می‌دهد. این دانشنامه به بررسی مفهوم رانندگی خودران، ارتباط آن با اتوماسیون، سطوح مختلف، فناوری‌های مرتبط، مزایا، چالش‌ها و چشم‌انداز آینده می‌پردازد.
تعریف رانندگی خودران و ارتباط آن با اتوماسیون
اتوماسیون به عنوان یک مفهوم کلی، استفاده از ماشین‌آلات و سیستم‌های کنترلی خودکار برای انجام عملیاتی است که قبلاً توسط انسان انجام می‌شد. رانندگی خودران نمونه‌ای پیشرفته و پیچیده از اعمال اتوماسیون در وظیفه رانندگی است.
تعریف رانندگی خودران به این صورت است که یک خودرو مجهز به مجموعه‌ای از حسگرها، نرم‌افزار و سیستم‌های کنترلی است که به آن اجازه می‌دهد مسیر خود را درک کند، موانع را تشخیص دهد، تصمیم‌گیری‌های رانندگی را انجام دهد و خودرو را کنترل کند (شامل فرمان، شتاب و ترمز) بدون اینکه راننده انسانی به طور فعال درگیر باشد. این قابلیت از سیستم‌های کمک‌راننده ساده (مانند کروز کنترل تطبیقی) فراتر رفته و هدف نهایی آن رسیدن به وضعیتی است که خودرو بتواند در اکثر یا تمام شرایط رانندگی به طور کامل خودکار عمل کند. ارتباط رانندگی خودران با اتوماسیون در این است که رانندگی خودران یک سیستم اتوماسیون است که وظیفه پیچیده و متغیر رانندگی را هدف قرار داده است.
دسته‌بندی سطوح اتوماسیون رانندگی (SAE International)
انجمن مهندسان خودرو (SAE International) یک استاندارد (SAE J3016) برای دسته‌بندی سطوح اتوماسیون رانندگی ارائه کرده است که به درک بهتر قابلیت‌های مختلف خودروهای مجهز به سیستم‌های اتوماسیون کمک می‌کند. این دسته‌بندی شامل شش سطح از ۰ تا ۵ است:
- سطح ۰ (بدون اتوماسیون): راننده انسانی تمام وظایف رانندگی را انجام می‌دهد.
- سطح ۱ (کمک‌راننده): سیستم، یک وظیفه رانندگی (مانند فرمان یا شتاب/ترمز) را در شرایط خاص کمک می‌کند (مثال: کروز کنترل تطبیقی). راننده باید همیشه ناظر باشد.
- سطح ۲ (اتوماسیون جزئی): سیستم، همزمان هم فرمان و هم شتاب/ترمز را در شرایط خاص کنترل می‌کند (مثال: سیستم حفظ خودرو بین خطوط با کروز کنترل تطبیقی). راننده باید همچنان هوشیار و آماده مداخله فوری باشد.
- سطح ۳ (اتوماسیون مشروط): سیستم می‌تواند در شرایط خاص محیطی (مانند بزرگراه با ترافیک سنگین) تمام وظایف رانندگی را بر عهده بگیرد، اما از راننده انتظار می‌رود که در صورت درخواست سیستم یا بروز شرایط غیرعادی، کنترل را در دست بگیرد.
- سطح ۴ (اتوماسیون بالا): سیستم می‌تواند در شرایط خاص و محدود جغرافیایی (مانند یک منطقه مشخص در شهر) تمام وظایف رانندگی را انجام دهد و در صورت بروز مشکل، می‌تواند به طور ایمن خودرو را متوقف کند. راننده در این شرایط نیازی به نظارت ندارد، اما سیستم فقط در “دامنه عملیاتی طراحی شده” (ODD) کار می‌کند.
- سطح ۵ (اتوماسیون کامل): سیستم می‌تواند در تمام شرایط رانندگی (مشابه یک راننده انسانی) و در هر مکان جغرافیایی بدون نیاز به حضور یا مداخله انسان، خودرو را هدایت کند. این هدف نهایی رانندگی خودران است.
فناوری‌های کلیدی در خودروهای خودران (حسگرها، هوش مصنوعی)
دستیابی به قابلیت رانندگی خودران مستلزم ادغام مجموعه‌ای پیچیده از فناوری‌های کلیدی در خودروهای خودران (حسگرها، هوش مصنوعی) است:
- حسگرها (Sensors):
- لیدار (LiDAR): با استفاده از لیزر، نقشه‌ای سه‌بعدی دقیق از محیط اطراف ایجاد می‌کند.
- رادار (Radar): برای تشخیص فاصله و سرعت اجسام در شرایط مختلف آب و هوایی استفاده می‌شود.
- دوربین‌ها (Cameras): برای شناسایی خطوط جاده، علائم راهنمایی، عابران پیاده و سایر وسایل نقلیه و درک رنگ و جزئیات محیط استفاده می‌شوند.
- حسگرهای فراصوت (Ultrasonic Sensors): معمولاً برای تشخیص موانع در فواصل نزدیک (مانند پارک کردن) به کار می‌روند.
- هوش مصنوعی (Artificial Intelligence – AI) و یادگیری ماشین (Machine Learning – ML): قلب سیستم رانندگی خودران هستند. این فناوری‌ها داده‌های خام جمع‌آوری شده توسط حسگرها را پردازش می‌کنند تا محیط اطراف خودرو را درک کنند (ادراک)، موقعیت دقیق خودرو را تعیین کنند (مکان‌یابی و نقشه‌برداری)، رفتار سایر کاربران جاده را پیش‌بینی کنند و بهترین مسیر و اقدامات کنترلی را برای حرکت ایمن خودرو تعیین نمایند (برنامه‌ریزی و کنترل).
مزایای بالقوه و چالش‌های توسعه خودروهای خودران
توسعه و گسترش رانندگی خودران با مزایای بالقوه و چالش‌های توسعه خودروهای خودران قابل توجهی همراه است:
- مزایای بالقوه:
- افزایش ایمنی: بیش از ۹۰ درصد تصادفات رانندگی ناشی از خطای انسانی است. سیستم‌های خودران پتانسیل کاهش چشمگیر این آمار را دارند.
- بهبود جریان ترافیک: خودروهای خودران می‌توانند با فاصله کمتری و با هماهنگی بیشتر حرکت کنند که منجر به کاهش ترافیک و زمان سفر می‌شود.
- افزایش دسترسی به حمل و نقل: افراد مسن، معلولان و کسانی که قادر به رانندگی نیستند، می‌توانند از حمل و نقل مستقل بهره‌مند شوند.
- کاهش مصرف سوخت/انرژی: رانندگی بهینه توسط سیستم‌های خودکار می‌تواند منجر به بهره‌وری بیشتر انرژی شود.
- چالش‌ها:
- پیچیدگی فنی: اطمینان از عملکرد ایمن در تمام شرایط رانندگی واقعی (آب و هوای نامساعد، جاده‌های ناهموار، سناریوهای پیش‌بینی نشده).
- قوانین و مقررات: نیاز به تدوین چارچوب‌های قانونی، مسئولیت در صورت وقوع تصادف و استانداردسازی.
- پذیرش عمومی و اعتماد: غلبه بر ترس و بی‌اعتمادی کاربران نسبت به سپردن کنترل خودرو به یک ماشین.
- هزینه: فناوری‌های مورد نیاز هنوز گران‌قیمت هستند.
- امنیت سایبری: محافظت از سیستم‌ها در برابر هک و دستکاری.
- مسائل اخلاقی: برنامه‌ریزی برای تصمیم‌گیری‌های دشوار در شرایط اضطراری (مانند سناریوی “مسئله ارابه”).
چشم‌انداز آینده رانندگی خودران و تاثیر اجتماعی آن
چشم‌انداز آینده رانندگی خودران و تاثیر اجتماعی آن بسیار گسترده است. پیش‌بینی می‌شود که توسعه ZEVها و خودروهای خودران با هم همگرا شوند. در حالی که خودروهای کاملاً خودران (سطح ۵) ممکن است هنوز چندین دهه فاصله داشته باشند، شاهد گسترش فزاینده سیستم‌های کمک‌راننده پیشرفته (سطوح ۱ و ۲) و معرفی تدریجی سیستم‌های سطح ۳ و ۴ در مناطق و کاربردهای خاص (مانند تاکسی‌های خودران در برخی شهرها) خواهیم بود.
تاثیر اجتماعی رانندگی خودران می‌تواند شامل تغییر در مالکیت خودرو (گذار از مالکیت فردی به خدمات حمل و نقل اشتراکی خودران)، تغییر در طراحی شهرها (کاهش نیاز به پارکینگ‌های گسترده)، افزایش بهره‌وری زمان افراد در حین جابجایی و ایجاد فرصت‌های شغلی جدید در صنایع مرتبط (مانند نگهداری ناوگان خودران و مدیریت داده‌ها) باشد. البته، چالش‌های اجتماعی مانند تأثیر بر مشاغل مرتبط با رانندگی نیز باید در نظر گرفته شوند.
نتیجه‌گیری
اتوماسیون در حال شکل‌دهی مجدد به بسیاری از جنبه‌های زندگی ماست و رانندگی خودران یکی از برجسته‌ترین نمونه‌های آن در حوزه حمل و نقل است. با وجود پیشرفت‌های خیره‌کننده در فناوری‌های کلیدی در خودروهای خودران (حسگرها، هوش مصنوعی) و دسته‌بندی سطوح اتوماسیون رانندگی (SAE International) که چارچوبی برای درک این پیشرفت‌ها فراهم می‌کند، هنوز چالش‌های توسعه خودروهای خودران قابل توجهی وجود دارند که باید بر آن‌ها غلبه کرد. با این حال، مزایای بالقوه رانندگی خودران، به ویژه در افزایش ایمنی و بهره‌وری، نیروی محرکه‌ای قوی برای ادامه تحقیقات و توسعه است. چشم‌انداز آینده رانندگی خودران و تاثیر اجتماعی آن نشان می‌دهد که این فناوری ظرفیت تبدیل شدن به یک جزء اساسی از سیستم حمل و نقل آینده را دارد و به طور قابل توجهی بر جامعه و اقتصاد جهانی تأثیر خواهد گذاشت.
