¿Cómo funcionan los autos autónomos?
Aunque desde el suceso del accidente del vehículo de prueba sin conductor de Uber en 2017 y los numerosos accidentes del piloto automático de Tesla que han tenido lugar, muchas más personas se encuentran recelosas del futuro de la autonomía en el transporte, es decir, la confianza está empezando a desaparecer.
Es por esta razón que es importante entender cómo funcionan estas máquinas sobre ruedas y la tecnología que permite que funcionen correctamente.
¿Qué son los autos autónomos?
Los autos autónomos son vehículos, pero también pueden ser camiones, autobuses y otros, en los que no es necesario que los conductores humanos tomen el control para manejar el vehículo con seguridad, combinando sensores y software para controlar, navegar y conducir el vehículo.
Para que los autos autónomos se apoderen de las calles, hay una tendencia por parte de los fabricantes a añadir gradualmente tecnologías que colaboren con los conductores tanto a la conducción como en el mantenimiento del propio auto como, por ejemplo:
- control de velocidad de crucero,
- asistencia a la conducción y al aparcamiento,
- gestión de la frenada,
- sistema de detección de obstáculos y usuarios de la carretera,
- alertas de proximidad con otros vehículos y adaptaciones de la conducción,
- supervisión de las condiciones de funcionamiento,
- ajuste de la velocidad en función de las condiciones de la trayectoria.
En la actualidad, no hay vehículos legalmente operativos y totalmente autónomos en el mundo. Sin embargo, existen vehículos parcialmente autónomos, como autos y camiones con diversos grados de automatización, desde asistencia para frenar hasta ayuda para cambiar de carril y aparcar, y algunos modelos incluso tienen cierto grado de dirección automática.
La tecnología de conducción autónoma es cada vez más común y podría transformar radicalmente nuestro sistema de transporte.
Autónomo vs. Automatizado vs. Autoconducción, ¿cuál es la diferencia?
La Sociedad de Ingenieros del Automóvil (SAE) utiliza el término automatizado en lugar de autónomo. Una de las razones es que la palabra autonomía tiene implicaciones más allá de lo electromecánico. Un auto totalmente autónomo sería consciente de sí mismo y capaz de tomar sus propias decisiones. Por ejemplo, si le dices “llévame al trabajo”, pero el auto decide llevarte a la playa. Un coche totalmente automatizado, sin embargo, seguiría las órdenes y luego se conduciría a sí mismo.
El término “autoconducción” suele utilizarse indistintamente con el de “autónomo”. Sin embargo, es algo ligeramente diferente. Un auto de autoconducción puede conducirse a sí mismo en algunas o incluso en todas las situaciones, pero un pasajero humano debe estar siempre presente y listo para tomar el control. Los autos de autoconducción entrarían en el nivel 3, automatización condicional de la conducción, o en el nivel 4, alta automatización de la conducción. Están sujetos a la geolocalización, a diferencia de un coche totalmente autónomo de nivel 5 que podría ir a cualquier parte.
Esto es solo un ejemplo de lo que podemos hacer ahora con los autos Tesla
Niveles de autonomía en los autos autónomos
La Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras de Estados Unidos (NHTSA) establece seis niveles de automatización, empezando por el nivel 0, en el que los humanos conducen, pasando por las tecnologías de asistencia al conductor hasta llegar a autos totalmente autónomos.
Cuantas más soluciones tecnológicas en actuadores y sensores incorporen el automóvil, mayor será su grado de automatización. Como hay varias etapas de desarrollo, la normativa y las definiciones técnicas también deben adaptarse.
- Nivel 0: un humano realiza toda la conducción sin asistencia.
- Nivel 1: un sistema avanzado de asistencia al conductor (ADAS) ayuda al conductor humano a dirigir, frenar o acelerar, aunque no simultáneamente. Un ADAS incluye cámaras de visión trasera y funciones como el aviso de vibración del asiento para alertar a los conductores cuando se desvían del carril de circulación.
- Nivel 2: un ADAS que puede dirigir y frenar o acelerar simultáneamente mientras el conductor sigue plenamente consciente al volante y continúa actuando como conductor.
- Nivel 3: un sistema de conducción automatizada (ADS) puede realizar todas las tareas de conducción en determinadas circunstancias, como estacionar el auto. En estas circunstancias, el conductor humano debe estar preparado para retornar el control y sigue siendo el conductor principal del vehículo.
- Nivel 4: un ADS puede realizar todas las tareas de conducción y supervisar el entorno de conducción en determinadas circunstancias. En esas circunstancias, el ADS es lo suficientemente fiable como para que el conductor humano no tenga que prestar atención.
- Nivel 5: El ADS del vehículo actúa como un chófer virtual y realiza toda la conducción en todas las circunstancias. Los ocupantes humanos son pasajeros y nunca se espera que conduzcan el vehículo.
Como puedes ver, mientras algunos modelos ya se fabrican en serie con algún nivel de automatización, otros prototipos y proyectos están siendo tocados por los fabricantes de automóviles y las empresas tecnológicas.
La incapacidad de los sensores para trabajar en condiciones poco óptimas, la falta de normativa y la capacidad de aprendizaje de las máquinas para superar la suposición humana, así como la escasa confianza de los consumidores, son algunas de las razones por las que los autos totalmente autónomos no están hoy en las carreteras. Los vehículos sin conductor pueden esperarse en la próxima década en las carreteras, pero probablemente no se produzcan en las ciudades hasta dentro de varias décadas.
Haciendo un resumen de los niveles de autonomía de manera más visual tenemos:
¿Cómo funcionan los vehículos autónomos en la práctica?
El desarrollo de los vehículos autónomos está en una fase avanzada. Hoy en día, la Inteligencia Artificial, a través de la visión computacional y otros métodos, permite a los vehículos diferenciar los tipos de obstáculos y situaciones en las carreteras para no solo reaccionar según parámetros preestablecidos, sino también aprender las eventualidades.}
Con la conectividad, los ordenadores de a bordo intercambian información entre sí. Así, un imprevisto con uno de los automóviles servirá para que todos aprendan a enfrentarse a idénticas circunstancias. Por ello, las automóviles necesitarán una central informática más potente que los actuales módulos electrónicos y sistemas de diagnóstico a bordo.
La mayoría de los sistemas de autoconducción crean y mantienen un mapa interno de su entorno basado en la información obtenida de una amplia gama de sensores, como el radar. Algunos vehículos autónomos utilizan rayos láser, junto con otros sensores, para construir el mapa interno. Otros utilizan un radar, cámaras de alta potencia y un sonar, así como mapas cargados en sus sistemas para su funcionamiento.
A continuación, el software procesa la información obtenida en tiempo real, traza una trayectoria y emite instrucciones a los actuadores del vehículo que controlan la aceleración, el frenado y la dirección. Las reglas, los algoritmos para evitar obstáculos, el modelado predictivo y la discriminación entre objetos, es decir, conocer la diferencia entre una bicicleta y una motocicleta, ayudan al software a seguir las normas de tráfico y sortear los obstáculos.
Mientras que los vehículos parcialmente autónomos pueden requerir la intervención de un conductor humano si el sistema entra en conflicto, los futuros vehículos totalmente autónomos pueden no ofrecer ni siquiera un volante.
Los vehículos autónomos pueden distinguirse además como conectados o no, indicando si pueden comunicarse con otros vehículos y con la infraestructura de la ciudad, como la próxima generación de semáforos y la gestión del tráfico en las ciudades.
Componentes de los autos autónomos
A muy alto nivel, podemos resumir todos los procesos individuales de un auto autónomo con los siguientes procesos, escritos en el orden de ocurrencia, aunque todo este proceso tiene lugar cientos o miles de veces cada segundo:
- Visión por ordenador. Esto vendría siendo los ojos del auto, cómo ve la carretera. Algo interesante es que esto se hace a través de varios tipos de sensores no solamente con cámaras.
- Fusión de sensores. El proceso de combinar información de otras fuentes, como nuestro cerebro combina datos auditivos y visuales para tomar decisiones.
- Localización. Averiguar exactamente, incluyendo hasta un dígito de centímetros, dónde se encuentra el auto en la carretera, con un grado de precisión muy alto.
- Planificación de la ruta. Tomar toda la información sobre nuestro entorno y decidir qué camino debemos seguir para llegar a nuestro destino.
- Control. El proceso de mover físicamente el auto en función de las decisiones tomadas en la planificación de la ruta, ajustando constantemente la dirección, el gas y los frenos.
Todo este proceso por el que pasa un auto con tanta frecuencia ocurre con respecto a un monto de objetos u obstáculos en la carretera que pueden ser una amenaza potencial para la navegación segura de nuestro vehículo.
Si el auto, por ejemplo, circula por una calle sencilla, recta y tranquila, está utilizando constantemente sus sensores para captar el mundo que le rodea constantemente. Algunos sensores de los autos autónomos de prueba observan el mundo hasta 120 veces por segundo en busca de cambios en el entorno para detectar posibles obstáculos, mediante el proceso de visión por ordenador.
La información procedente de todos los sensores, como radar LiDAR, cámaras, entre otros, se combina y se considera como una sola imagen, mediante el proceso de fusión de sensores, fusión de todos los datos de los sensores.
Si nuestro auto ve a una persona en su camino, la detectará a partir de los datos fusionados de todos los sensores que crean esa gran imagen.
A lo largo de todo el proceso de funcionamiento, el vehículo autoconducido se está localizando. Averigua en qué lugar del mundo se encuentra y, a partir de esa información, puede decidir cuál es el mejor curso de acción durante la planificación de la ruta.
Nuestro auto de ejemplo, en este caso, decidirá detenerse a 6 metros del movimiento perpendicular de la persona que cruza la calle.
Esta decisión se ejecuta entonces durante el control, el auto aplicará la cantidad correcta de freno de forma que el auto desacelere a la velocidad adecuada para detenerse en el momento oportuno.
El vehículo analiza el entorno, toma decisiones y las ejecuta para cada objeto que detecta y que puede interferir en su trayectoria, constantemente.
¿Son seguros los autos autónomos?
Uno de los factores que más motivan a los autos sin conductor es la expectativa de reducir los accidentes, las lesiones y las muertes de pasajeros y peatones.
Los autos autónomos son actualmente una industria no regulada y sin una norma de seguridad. Como consecuencia, el software puede ser vulnerable a la piratería y al control remoto y más susceptible a los virus informáticos. Con hasta 100 computadores a bordo, los autos de conducción autónoma también pueden sufrir un fallo informático que provoque un accidente con otro vehículo o con un peatón.
Las suposiciones e interacciones humanas que se utilizan hoy en día para adelantar de forma segura, como entrar en una calle concurrida desde una vía lateral, no están actualmente perfeccionadas en los vehículos autónomos. Con los autos autónomos en las carreteras, los conductores deben tomar ciertas precauciones para su propia seguridad. Esto incluye no ponerse nunca al volante de un vehículo autónomo en estado de embriaguez y prestar atención a las condiciones que rodean al vehículo. Incluso con los continuos avances en la tecnología, es crucial tener un seguro de auto adecuado y practicar hábitos de conducción seguros.
Toma en cuenta que en promedio más de 35.000 personas mueren cada año en Estados Unidos en accidentes relacionados con vehículos y que hasta el 94% de los choques se producen por errores humanos, según las instituciones.
¿Cuáles son los retos de los autos autónomos?
Los autos totalmente autónomos, es decir nivel 5, se están probando en varios lugares del mundo, pero todavía no hay ninguno disponible para el público en general. Aún faltan años para eso. Los retos van desde los tecnológicos y legislativos hasta los medioambientes y filosóficos.
LiDAR y radar
El LiDARes caro y todavía está tratando de encontrar el equilibrio adecuado entre alcance y resolución. Si varios autos autónomos circularán por la misma carretera ¿será posible se interfieran sus señales LiDAR entre sí? Y si se dispone de múltiples frecuencias de radio ¿será el rango de frecuencias suficiente para soportar la producción en masa de coches autónomos?
¿Qué ocurre cuando un auto autónomo circula con fuertes precipitaciones? Si hay una capa de nieve en la carretera, los divisores de carril desaparecen. ¿Cómo podrán las cámaras y los sensores rastrear las marcas de los carriles si éstas están oscurecidas por el agua, el aceite, el hielo o los escombros?
Responsabilidad en caso de accidente
¿Quién es responsable de los accidentes causados por un auto autónomo? ¿El fabricante? ¿El pasajero humano? Los últimos planos sugieren que un auto totalmente autónomo de nivel 5 no tendrá ni volante, por lo que un pasajero humano ni siquiera tendría la opción de tomar el control del vehículo en caso de emergencia.
Inteligencia Artificial frente a inteligencia emocional
Los conductores humanos se basan en pistas sutiles y en la comunicación no verbal, como el contacto visual con los peatones o la lectura de las expresiones faciales y el lenguaje corporal de otros conductores, para tomar decisiones en fracciones de segundo y predecir comportamientos. ¿Serán los autos autónomos capaces de reproducir esta conexión? ¿Tendrán los mismos instintos para salvar vidas que los conductores humanos?
¿Cuáles son los beneficios de los autos autónomos?
Las posibilidades de mejorar la comodidad y la calidad de vida son ilimitadas. Las personas mayores y los discapacitados físicos tendrían independencia, incluso podrías enviar a tu perro a una cita con el veterinario.
Pero la verdadera promesa de los autos autónomos es la posibilidad de reducir drásticamente las emisiones de CO2. En un estudio reciente, los expertos identificaron tres tendencias que, si se adoptan simultáneamente, liberarían todo el potencial de los autos autónomos: la automatización de los vehículos, la electrificación de los mismos y el uso compartido.
Para 2050, estas tres revoluciones del transporte urbano” podrían:
- Reducir la congestión del tráfico, un 30% menos de vehículos en la carretera.
- Reducir los costes de transporte en un 40%, en términos de vehículos, combustible e infraestructura.
- Mejorar la transitabilidad y la habitabilidad.
- Liberar aparcamientos para otros usos, escuelas, parques, centros comunitarios.
- Reducir las emisiones urbanas de CO2 en un 80% en todo el mundo.
Aplicaciones de los autos autónomos
Los autos sin conductor están preparados para sacudir múltiples industrias en todo el mundo, incluyendo industrias como el transporte marítimo, el transporte público y el transporte de emergencia.
Envíos y entregas
El sector del transporte tiene mucho que ganar con los vehículos sin conductor, sobre todo porque la gran mayoría de las empresas siguen dependiendo de la mano de obra humana para trasladar los productos de un lugar a otro.
Tomemos como ejemplo el remolque de transporte estándar que viaja de un estado a otro en los Estados Unidos: con los autos autónomos, estos remolques no tendrán que detenerse debido a la fatiga del conductor, el hambre, la llamada de la naturaleza u otras preocupaciones centradas en el ser humano, lo que debería reducir los tiempos de envío en una cantidad considerable.
Transporte público
Los vehículos sin conductor ofrecen la promesa de aumentar las opciones de transporte público, ya que el auto autónomo de casi todo el mundo podría utilizarse para trasladar a los viajeros de un lugar a otro.
Por ejemplo, digamos que llevas tu auto autónomo al trabajo, y en lugar de que el auto simplemente se quede en un estacionamiento, va y comienza a transportar a otros viajeros dentro de un área predefinida por una tarifa.
Con este nivel de integración del auto sin conductor en nuestro sistema de transporte, los viajeros tienen acceso a un número casi ilimitado de opciones de desplazamiento a su disposición, y los propietarios de los vehículos tienen acceso a una nueva fuente de ingresos.
Transporte de emergencia
Por último, la implantación de los vehículos sin conductor permitirá a las personas recibir atención médica de urgencia más rápido que nunca.
Al reducirse o eliminarse la congestión del tráfico en nuestras calles, los vehículos de emergencia podrán llegar a su destino mucho más rápidamente. Además, los conductores que tengan una emergencia médica podrán ajustar automáticamente el rumbo de su vehículo hacia la sala de emergencias más cercana sin tener que preocuparse por el manejo del vehículo.
Esta nueva ola de vehículos tendrá un impacto monumental en nuestras vidas. Ya está rediseñando la cadena de transporte. Y es que los autos autónomos no solo necesitan motor, escape y marcha para funcionar, inclusive eso es lo de menos. Estos autos incorporan un sinfín de dispositivos electrónicos, como sensores, chips, radares, puntos de conectividad, cámaras y, en definitiva, todo tipo de algoritmos.
En otras palabras, los vehículos se están convirtiendo en computadores con neumáticos.
Pregunta: De las siguientes afirmaciones ¿cuál crees que es cierta?
Opción 1: En la actualidad, hay muchos vehículos legalmente operativos y totalmente autónomos en el mundo.
Respuesta Incorrecta. En la actualidad, no hay vehículos legalmente operativos y totalmente autónomos en el mundo.
Opción 2: La Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras de Estados Unidos (NHTSA) establece diez niveles de automatización.
Respuesta Incorrecta. La Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras de Estados Unidos (NHTSA) establece seis niveles de automatización.
Opción 3: Si un auto autónomo circula por una calle sencilla, recta y tranquila, sus sensores se encuentran inactivos.
Respuesta Incorrecta. Si el auto autónomo circula por una calle sencilla, recta y tranquila, está utilizando constantemente sus sensores para captar el mundo que le rodea constantemente.
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