Moeder aller zelfrijdende auto’s

Wereldwijd komen jaarlijks ongeveer 1,2 miljoen mensen om het leven bij auto-ongelukken. Meer dan negentig procent daarvan wordt veroorzaakt door menselijke fouten: te hard rijden, onoplettendheid, slaperigheid of drankgebruik. Robots hoeven niet de stoere bink uit te hangen achter het stuur, hebben geen last van verslappende aandacht of hunkering naar wijn en bier. Kunnen we het besturen van een auto dan niet helemaal aan een robot overlaten? Niet dat er een robot achter het stuur hoeft te kruipen, nee, we maken van de auto zelf een robot. De auto is zijn lichaam, een computer zijn brein, en we geven hem sensoren om de omgeving waar te nemen.

Om het onderzoek naar robotauto’s een flinke duw in de rug te geven, organiseerde de Amerikaanse militaire onderzoeksorganisatie DARPA op 13 maart 2004 de eerste wedstrijd voor zelfrijdende auto’s: de Grand Challenge. Het team dat een auto bouwde die als eerste een parcours van 228 kilometer wist af te leggen, en wel binnen de tien uur, zou een miljoen dollar ontvangen.

De best presterende auto kwam dat jaar echter niet verder dan twaalf kilometer. De auto belandde aan de rand van een klif. Twee wielen draaiden hulpeloos in het rond totdat een van de banden in brand vloog. Officials moesten de auto komen redden. Bij een andere zelfrijdende auto faalde het gps-systeem waardoor hij eindeloos rondjes begon te draaien. De eerste succesvolle zelfrijdende auto leek in 2004 nog steeds ver weg.

Ruim een jaar later, op 8 oktober 2005, vond de tweede Grand Challenge plaats. Dit keer gingen 23 zelfrijdende auto’s van start voor een ander parcours in de Mojave Desert, nu met een lengte van 212 kilometer, grotendeels onverhard, maar zonder overig verkeer. Het precieze parcours kregen de deelnemende teams trouwens pas twee uur voor de wedstrijd te horen. Het werd beschreven in lengte- en breedtegraden, breedtes van enkele nauwe doorgangen op de route (variërend van drie tot dertig meter) en een lijst met maximum snelheden op diverse stukken (variërend van acht tot tachtig kilometer per uur).

Een jaar na het falen van de zelfrijdende auto’s in de eerste DARPA Grand Challenge, haalden vijf teams de finish. Een enorme vooruitgang. Glorieuze winnaar in 2005 was robotauto Stanley van het Stanford Racing Team. Stanley haalde heelhuids de finish in een tijd van 6 uur 53 minuten en 58 seconden (een gemiddelde snelheid van bijna 31 kilometer per uur). Het winnende team won twee miljoen dollar.

Stanley is eigenlijk een omgebouwde gewone personenauto, een Volkswagen Touareg R5 TDI uit 2004. Hij werd ontwikkeld door een team van meer dan dertig onderzoekers en studenten van de universiteit van Stanford in de VS, aangevuld met vijf ingenieurs van het Volkswagen Electronics Research Laboratory. Het team stond onder leiding van de Duitser Sebastian Thrun.

Hoe klaarde Stanley zonder menselijke bestuurder deze enorme klus? Stanley’s brein bestaat uit zes Intel Pentium M-moederborden, schokbestendig opgehangen in de achterbak. Zelfs wanneer twee computers uitvallen geeft Stanley niet de geest en kan hij gewoon rijden. Elektrische kabels verbinden de computers met de rem, het gaspedaal en het stuur.

Stanley verzamelt continu informatie uit de omgeving. Dat gebeurt met gewone camera’s die zichtbaar licht waarnemen, maar ook met lasers en een radar. Om ze te beschermen tegen opspattend vuil en regen, hangen binnenin de auto stereocamera’s die naar buiten kijken en hoge resolutie-opnamen maken van de weg. Vanaf het dak van de auto kijken vijf lasers over een afstand ter lengte van vier auto’s vooruit. Bij snelheden tot 55 kilometer per uur gebruikt Stanley een lange-afstand radar die veel verder vooruit kijkt. Hiermee bepaalt de auto zijn positie op het wegdek met een nauwkeurigheid van vijf centimeter.

Weer andere sensoren meten de snelheid van de wielen en de mechanische balans van de auto. Via een gps-sensor bepaalt Stanley tot een resolutie van twintig centimeter zijn geografische locatie op de routekaart.

Computeralgoritmen verwerken alle waarnemingen en leren het terrein te lezen. Tien maal per seconde berekent Stanley verschillende mogelijke routes, weegt ze op basis van hun veiligheid en het doel dat hij moet bereiken tegen elkaar af, en kiest tenslotte de beste route.

De ontwikkeling van Stanley heeft tot een aantal doorbraken geleid in de ontwikkeling van de zelfrijdende auto zoals die nu wereldwijd langzaam wordt uitgerold: de snelheid van Stanley’s informatieverwerking, nieuwe lerende computeralgoritmen en het omgaan met onzekerheden in het bepalen van de beste koers.

Sebastian Thrun ging na het succes van Stanley bij Google werken en hielp mee aan de ontwikkeling van de zelfrijdende Google Car. Die heeft niet eens meer een stuur, een gaspedaal of een rempedaal. Google zet in op een auto waarin de mens niet eens meer iets kan doen. Inmiddels werken ook bijna alle traditionele automerken zoals Mercedes, Volvo en Nissan aan de ontwikkeling van zelfrijdende auto’s. Alleen denken zij, in tegenstelling tot Google, dat het voorlopig voor de veiligheid nog nodig blijft om in moeilijke situaties de leiding over te geven aan een menselijke bestuurder.