Förutsägelserna var fel: självkörande bilar har en lång väg att gå

För flera år sedan verkade självkörande bilar nästan redo att ta över vägarna.

"Från 2020 kommer du att vara en permanent baksätesförare, " sade The Guardian 2015. Hela autonoma fordon kommer att "köra från punkt A till punkt B och möta hela utbudet av scenarier på väg utan att behöva någon interaktion från föraren, Business Insider skrev 2016.

Det är tydligt nu att många av dessa uppskattningar var överdrivna; titta bara på de problem som Uber hade i Arizona. Förarlösa bilar kommer säkert att göra våra vägar säkrare, men att ta bort människor bakom ratten är en tuff mutter att spricka. Innan vi når den förarlösa, olycksfria utopien som vi har drömt om i decennier, måste vi övervinna flera hinder, och de är inte alla tekniska.

Navigera i öppna miljöer

Autonoma bilar måste navigera i oförutsägbara och varierade miljöer.

"Jag tror att det viktiga när vi tänker på bilar är vad som krävs för att dessa saker ska vara självkörande. Det är där autonomispråket verkligen får oss i problem, eftersom autonomi bara gäller inom ett givet system, " sa Jack Stilgoe, socialvetare vid University College London och ledare för Driverless Futures-projektet.

Andra segment av transportbranschen, inklusive tåg och flygplan, har redan implementerat autonomi till högre nivåer av framgång än bilar, sade han.

"En flygplans autopilot fungerar bara för att luftrummet är en mycket kontrollerad miljö. Om du flyger din varmluftsballong in på vägen till en 747, kommer den bara att plöja rakt igenom dig, och det kommer att vara mycket tydligt vars fel det kommer att vara, " Stilgoe påpekade. "Samma sak med tåg. Att vara förarlöst är meningsfullt bara för att det är mycket tydligt att systemet är ett stängt."

Däremot kör bilar på vägar, som är mycket komplexa och öppna system - mycket mindre förutsägbara än järnvägar där tåg har exklusiva spår som är utanför gränserna för bilar, djur och fotgängare. En självkörande bil måste hitta sin väg på trånga gator, reagera på vägskyltar, hantera annan trafik i korsningar och köra i olika förhållanden där markeringar kanske inte är tydliga. Den måste lära sig att navigera runt hinder, reagera på rörelser från andra bilar och förare, och viktigast av allt, undvika att stöta på fotgängare. Allt detta gör jobbet med att skapa säkra självkörande bilar svårare.

"Det kommer alltid att finnas saker som överrasker oss, " sade Stilgoe.

Ge ögon och hjärnor till bilar

En av de viktigaste teknikerna som hjälpte till att driva självkörande bilteknologi är djup inlärning, en delmängd av konstgjord intelligens som skapar beteendemodeller baserade på exempel. Djupinlärningsalgoritmer undersöker videoflöden från kameror installerade runt den självkörande bilen för att hitta vägens dimensioner, läsa skyltar och upptäcka hinder, bilar och fotgängare.

Anthony Levandowski, ingenjören som var kärnan i en rättegång mellan Waymo och Uber, publicerade nyligen en video- och prestandadetaljer om en självkörande teknik som körde 3 100 mil från San Franciscos Golden Gate Bridge till George Washington Bridge i New York, utan att någonsin överlämna kontrollen till en mänsklig förare och endast använda videokameror och neurala nätverk.

Även om det är betydligt enklare att köra på mellanstatliga motorvägar än att navigera i stadsmiljöer, är Levandowskis prestanda märkbar. Pronto.ai, hans nya start, planerar att göra tekniken tillgänglig för kommersiella semi-truckar, som tillbringar större delen av sin tid på motorvägar.

Men även om vältränade nervnätverk kan överträffa människor när de upptäcker föremål, kan de fortfarande misslyckas på irrationella och farliga sätt - framför allt den dödliga Tesla Model S-kraschen 2016 och 2018 X-olyckan. Andra studier visar att datorvisionsalgoritmerna för självkörande fordon lätt kan luras när de ser kända föremål i besvärliga positioner.

För att vara rättvis har självkörande tekniker förhindrat olyckor i flera fall, men dessa fall gör sällan rubriker.

Komplettera neurala nätverk

För att arbeta runt gränserna för neurala nätverk har vissa företag utrustat sina bilar med Lidar, de roterande enheterna ofta sett ovanpå självkörande bilar. Lidar-enheter avger många osynliga ljusstrålar i olika riktningar och skapar detaljerade 3D-kartor över området runt bilen genom att mäta tiden det tar för dessa strålar att reflektera från ett objekt och återvända.

Lidar kan upptäcka objekt och hinder som bildklassificeringsalgoritmer kan missa. Det kan också göra det möjligt för bilar att se i mörkret och är mer detaljerad och exakt än radar, vilket är bättre lämpad för att upptäcka rörliga föremål.

De flesta företag med självkörande bilprogram använder Lidar, inklusive Waymo och Uber. Men tekniken är fortfarande på väg. För det första är Lidar-enheter inte bra med grytor eller dåligt väder.

Lidar är också mycket dyr; enligt olika uppskattningar kan man lägga upp till $ 85 000 till priset på en bil. Årliga kostnader kan vara långt norr om $ 100 000, enligt en undersökning från Axios. Den genomsnittliga bilköparen har förmodligen inte råd med det, men teknikjättar som planerar att distribuera självkörande taxitjänster kan det.

"Det är ett fåtal människor som försöker utveckla billiga tillägg, men det ser ut som fördelarna är tydligast när bilar delas och körs i städer, " sade Stilgoe. "Detta kan vara bra för människor som för närvarande inte har en bil eller en dålig sak för människor utanför staden som kanske inte har någon service i närheten."

Stilgoe varnar för att det finns en fara för att städer använder löften om självkörande flottor som ett skäl för att skjuta upp investeringar i kollektivtrafik. Minst två amerikanska orter investerade flera hundra tusen dollar i självkörande pendeltrafik, fann Axios-forskningen.

Behovet av anslutning och infrastruktur

Mänskliga förare gör mycket mer än att observera sina miljöer. De kommunicerar med varandra. De tar ögonkontakt, vinkar och nickar mot varandra och börjar röra sig långsamt i en riktning för att göra sina avsikter tydliga för andra förare. Det här är funktioner som nuvarande självkörande teknik fungerar mycket dåligt, om inte alls.

Utöver att kartlägga sina miljöer och upptäcka föremål behöver självkörande bilar också en metod för att kommunicera med varandra och deras miljöer. I en uppsats för Harvard Business Review föreslog akademiker vid University of Edinburgh Business School flera lösningar, inklusive installation av smarta sensorer i bilar och infrastruktur.

"Tänk på radiosändare som ersätter trafikljus, mobila och trådlösa datanät med högre kapacitet som hanterar både fordon-till-fordon och fordon-till-infrastruktur-kommunikation, och vägenheter som ger realtidsdata om väder, trafik och andra förhållanden, " skrev akademikerna.

Nuvarande självkörande teknik försöker anpassa datorer till infrastruktur designad för människor, till exempel trafikljus, vägskyltar, vägmärken och så vidare. Maskininlärningsalgoritmer behöver timmar av träning och enorma mängder data innan de kan replikera de mest grundläggande funktionerna i det mänskliga synssystemet, som att upptäcka andra bilar eller läsa vägskyltar från olika vinklar och under olika ljus- och väderförhållanden.

Att förbättra bilar och vägar med smarta sensorer kommer att göra det mycket enklare för självkörande bilar att kommunicera och hantera olika vägförhållanden - en strategi som blir allt mer livskraftig eftersom kostnaderna för processorer minskar och teknik som 5G gör allestädes närvarande anslutning möjlig och billigare.

Segregera självkörande bilar

Att lägga till smarta sensorer till 4 miljoner miles av USA: s väg är en tuff om inte omöjlig uppgift. Det är en anledning till att självkörande bilföretag föredrar att fokusera på att göra bilar smartare snarare än miljön.

"Det mest troliga scenariot på kort sikt som vi ser är olika former av rumslig segregering: Självkörande bilar kommer att arbeta i vissa områden och inte andra. Vi ser redan detta, eftersom tidiga försök med tekniken äger rum i utsedda testområden eller i relativt enkla miljöer med bra väderlek, föreslog Edinburgh-akademikerna i sin uppsats.

Under tiden föreslog de, "Vi kan också se dedikerade körfält eller zoner för självkörande fordon, både för att ge dem en mer strukturerad miljö medan tekniken förfinas och för att skydda andra trafikanter från deras begränsningar."

Andra experter har gjort liknande förslag. I augusti föreslog AI-forskare och medstifter av Google Brain Andrew Ng att för att lösa säkerhetsproblemen med självkörning skulle vi ändra beteenden hos fotgängare och andra användare som delar vägar med dem. "Om du tittar på framväxten av järnvägar, för det mesta, har människor lärt sig att inte stå framför ett tåg på spåren, " sade Ng.

Ng: s förslag skulle säkert bidra till att minska säkerhetsriskerna för självkörande bilar medan tekniken utvecklas, men det passar inte bra med andra AI-experter, inklusive robotpionjären Rodney Brooks. "Det stora löfte med självkörande bilar har varit att de kommer att eliminera trafikdödsfall. Nu säger de att de kommer att eliminera trafikdödsfall så länge alla människor är tränade att ändra sitt beteende?" Brooks skrev i ett blogginlägg.

• Rider runt Miami i Fords självkörande testbilar Rider runt Miami i Fords självkörande testbilar
• Fords CTO på Scooters, AI och Att ta autonoma bilar till Miami Ford's CTO på Scooters, AI och Bringing Autonomous Cars to Miami
• I Lyfts självkörande bilar vinner Slow and Steady Race I Lyft's Self-Driving Cars, Slow and Steady vinner loppet

Professor i New York University Gary Marcus, en sångkritiker för att överdriva prestationerna med djupt lärande, beskriver Ng: s förslag som "omdefinierar målstolparna för att göra jobbet enklare."

Men Stilgoe tror att vi kan dra viktiga lärdomar från historien. "När bilar först anlände till amerikanska städer i början av det tjugonde århundradet, fick fotgängare höra att gå ur vägen för att göra vägarna säkra. Jaywalking uppfanns som en förseelse, och vägar utformades för att gynna bilar, " sade Stilgoe.

Stilgoe tror att om vi ser allvar med fördelarna med självkörande bilar, kommer vi att se samma sak hända igen. Till exempel kan bilföretag starta lobbystäder för att uppgradera sin infrastruktur och lära fotgängare hur de ska uppför sig kring självkörande bilar. "För att självkörande bilar ska fungera som utlovat måste systemet där de arbetar kontrolleras, " sade Stilgoe.

Hinder under vägen

Trots sina kämpar plockar den självkörande bilindustrin framåt i jämn takt och våra vägar kommer säkert att bli säkrare.

Men frågor och utmaningar kvarstår. Vem kommer till exempel att hållas ansvariga när en bilolycka inträffar? "Det är ganska lätt att säga att företaget i ett fullständigt självkörande system bör vara ansvarigt under nästan alla omständigheter. Det blir svårare när människor och datorer delar körningen vid olika tidpunkter, " sade Stilgoe.

Hur ska en självkörande bil också bestämma när den befinner sig i en situation där förlusten av människoliv är oundvikligt? Detta är känt som "vagnsproblemet" och det kan vara hypotetiskt, men det visar att självkörande bilar måste utformas för att fatta beslut i situationer där reglerna inte är tydliga.

"Det finns verkliga etiska dilemmaer i utformningen av dessa system, " sade Stilgoe. "Självkörande bilar kommer inte att vara alvetande."