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quinta-feira, 10 de novembro de 2016

Veículos Autônomos


Um carro autônomo (ou, carro sem motorista; carro de auto-condução; ou, ainda carro robótico, veículo terrestre não tripulado) é um veículo "terrestre", destinado a mobilidade humana, ou não, que é capaz de sentir seu ambiente e transitar sem a intervenção humana.

Carros autônomos detectam o ambiente pelo qual eles estão a transitar usando uma combinação diversificada de técnicas que são baseadas em sistemas de controle avançados, tais como:
  • Radar: um sistema de detecção de objetos (outros veículos e do terreno) que usa ondas de rádio para determinar suas distâncias, posições e velocidades;
  • LIDAR: um método de mapeamento com base em varredura a laser e digitalização 3D, neste caso, com características específicas para a aplicação terrestre móvel, com dois ou mais scanners ligados ao veículo em movimento para recolher dados ao longo de um caminho, criando modelos 3D realistas em um tempo relativamente mais curto quando comparado a outras tecnologia;
  • GNSS (um acrônimo para Global Navigation Satellite Systemcomumente confundido como GPS, que é um termo que designa o sistema GNSS especifico e proprietário dos EUA: Sistema de Navegação Global por Satélite permite que pequenos transceptores eletrônicos (dispositivos que operam tanto como receptores, quanto como transmissores) determinem sua localização (longitude, latitude e altitude / elevação), em alta precisão (com desvio de poucos metros, ou até menos de 1 metro para aplicações militares) usando sinais de rádio precisamente distribuídos como Sinais de Tempo específicos (sinal GNSS), em uma grande parte do globo terrestre, transmitidos ao longo da linha de cobertura por rádio de satélites, medindo ou a distância radial, ou a direção, do sinal recebido a partir de dois ou três pontos diferentes. O sistema pode ser usado tanto para navegação (orientação em trânsito), quanto para rastrear a posição de qualquer equipamento dotado com o transceptor;
  • Odometria: conjunto de técnicas de utilização de dados originados por Sensores de Movimento de diversos tipos (ultrassônicos, infravermelhos, microondas, etc), combinados, ou não (em geral, combinados, redundantes e com dados fundidos) para estimar a mudança de posição ao longo do tempo, estimando a sua posição em relação a uma posição inicial; Transdutores eletromecânicos são instalados junto a rodas e a motores como sensores para medir velocidade, enquanto as leituras desses sensores podem ser acessíveis através do barramento CAN (Controller Area Network) do veículo. Uma vez que a baixa frequência da leitura da velocidade resulta numa indesejável incapacidade de capturar mudanças rápidas de velocidade e, assim, a integral da velocidade ao longo do tempo afeta a a precisão da distância percorrida. Devido a isso, para veículos autônomos, a odometria deve ser fornecida em alta freqüência.
  • Visão computacional: Um caso particular de odometria (odometria visual) que é possibilitada pela integração de câmeras de vídeo com sistemas computacionais dotados de softwares dedicados a aquisição, processamento, analise e "compreensão" de imagens digitais, lidando com a extração de dados de elevada dimensionalidade do mundo real, a fim de produzir informações numéricas ou simbólica nas formas de decisões. Algorítmo de odometria visual estéreo em tempo real é particularmente bem adaptado para aplicações de veículos terrestres 
A NHTSA (órgão federal de segurança no trânsito dos EUA), classifica a autonomia veicular em alguns níveis, que variam de 0 a 5:

Nível 0: ausência de autonomia, ou melhor, o sistema automatizado não tem controle algum do veículo, mas, apoia a direção do motorista emitindo alertas e avisos para ajudar a tornar a condução mais segura;
Nível 1: autonomia em uma ou mais funções específicas, mas o motorista deve estar pronto para assumir o controle a qualquer momento. O sistema automatizado pode incluir recursos como Adaptive Cruise Control (ACC)1, Assistência de Estacionamento2 (com direção automatizada especificamente para esse tipo e evento), e Lane Keeping Assistance (LKA) Tipo II em qualquer combinação;
Nível 2: autonomia em pelo menos duas funções primárias que agem em conjunto (ACC + LKAS, por exemplo), enquanto o sistema automatizado pode desativar, de modo imediato e eventual a sua ação, com a detecção da retomada da condução pelo condutor;
Nível 3: autonomia completa na maior parte do tempo, mas exigindo a presença de um motorista; Dentro ambientes de tráfego limitados, conhecidos e suportados pelo sistema (tais como em auto estradas), o motorista pode seguramente voltar sua atenção para longe de tarefas de condução (o que pode remeter a uma questão de legitimidade sobre multas eventualmente aplicadas devido ao uso do telefone celular em carros de auto-condução / autônomos). Esse nível de automatização se encontra, atualmente, próximo de atingir o estado da arte em engenharia;
Nível 4: autonomia completa na maior parte do tempo e em todos os ambientes, exceto quando sob condições adversas, como em chuva forte, neve, exigindo a presença de um motorista;
Nível 5: Autonomia completa, dispensando completamente a necessidade de um motorista (o sonho atual da engenharia). Além de poder configurar o destino e iniciar o sistema, sem que intervenção humana seja necessária, o sistema automático pode dirigir a qualquer local onde é legal o trânsito de um veículo daquele tipo / espécie, não automatizado.

Notas:

  1. Adaptive Cruise Control (Controle Adaptativo de Cruzeiro), também chamado de Autonomous Cruise Control (Controle Autônomo de Cruzeiro), com ambos termos, em Inglês, compartilhando o mesmo acrônimo ACC: é um sistema de controle de cruzeiro opcional, para ser empregado quando o veículo trafega por uma estrada, que ajusta automaticamente a velocidade do veículo, a fim de manter uma distância segura a partir da posição do(s) veículo(s) à frente. Não requer o uso de sinais de satélite, nem de infraestrutura de beira de estrada, e tão pouco requer o apoio cooperativo de outros veículos (o veículo a frente não precisa emitir sinal algum), de modo que o controle é imposto apenas com base em informações de sensores a partir dos sensores embarcados (sensores instalados no próprio veículo). Os dispositivos empregados como sensores em ACC podem ser radar, LIDAR ou câmera, sendo o radar o de emprego mais difundido, por ser o que permite o controle sobre uma maior distância, principalmente em rodovias de velocidades mais altas, usualmente operando a 77 GHz mas, também, a 24 GHz. Em alguns casos múltiplos sensores são empregados, mesmo de tipos diferente combinados (radar + câmara, por exemplo) principalmente para aumentar o desempenho e aspectos de segurança.
  2. Assistência de Estacionamento (ou, simplesmente, estacionamento automático): O algoritmo de estacionamento automático, em geral, em seu estado da arte, localiza uma vaga de estacionamento ao longo da via, com espaço suficiente, atinge um local de início conveniente para o carro, e realiza uma manobra de estacionamento que move o veículo a partir da faixa de tráfego para o local de estacionamento, que pode envolver movimento paralelo, perpendicular ou em ângulo. O sistema de estacionamento automático visa melhorar o conforto e segurança de condução em ambientes restritos, onde muita atenção e experiência é necessária para conduzir a manobra. A manobra de estacionamento é conseguido por meio de controle coordenado do ângulo da direção e da velocidade, que leva em conta a situação real no ambiente para garantir o movimento livre de colisão dentro do espaço disponível. Também assiste a remoção do veículo a partir do local de estacionamento para a faixa de rodagem.          

       3. Lane Keeping Assistance (System) (LKA(S), ou Sistema para Manter a Faixa de Rolagem): tem como finalidade ajudar o motorista a manter o carro dentro da mesma faixa de rolagem em que ele se encontra. Caso o veículo comece a se mover para fora da sua faixa de rolagem / pista, sem que o sinal de seta tenha sido ativado para indicar a intenção de conversão para aquele sentido, o sistema detecta essa anomalia operacional, por meio de seu(s) sensor(es) que detectam as marcações de faixa pintadas na pista. Os sensores podem ser uma câmera alojada entre o para brisa e o espelho retrovisor central; sensores laser (montado na parte frontal do veículo); sensores infravermelhos (montados por trás do pára-brisa ou sob o veículo). Se o sistema apenas avisar o motorista (sem realizar qualquer outra ação) ele é, de fato, denominado LDW - Land Departure Warning (Aviso de Mudança de Faixa), todavia, o LKAS (nível II) pode tomar a ação de corrigir automaticamente o curso do veículo, voltando-o ao centro da pista, onde ele é mantido. A ação do sistema é inibida caso o sinal de seta esteja ligado para aquele sentido, ou se for detectada a aplicação de um torque contrário aplicado ao volante (que indica a intenção do motorista em forçar a manobra), ou, ainda, se as marcações da pista não forem satisfatoriamente detectadas.


A foto a seguir, publicada pelo Website da Revista Fortune em Maio/2016, que é de um Chevy BOLT EV dotado de um radar no teto circulando pelas ruas de São francisco - CA, EUA, sendo conduzido pelo co-fundador de uma Startup em Veículos Autônomos que a General Motors adquiriu recentemente, me parece ser uma prova suficiente de que a montadora GM também está testando a tecnologia de carro de auto-condução. 


A Startup que as GM adquiriu, alegadamente por US $ 1 Bi, se chama Cruise Automation. O site da empresa passou, depois, a se gabar abertamente que estava testando a tecnologia autônoma sobre o Chevy Bolt EV, em San Francisco, e a colocar anúncios de vagas de empregos sob o lema "Junte-se à Revolução Driverless". 

Depois a Automation Cruise abriu instalações novas em Phoenix, Arizona, e expandiu os testes da tecnologia do carro de auto-condução para Scottsdale, Arizona.

Entretanto, obviamente, por enquanto, isso é apenas "muito auê", típico das Startups. O Chevy Bolt EV entrou em produção, efetivamente, nos primeiros dias de Novembro/2016, mas ele não está saindo (ainda) com automação alguma que o classifique sequer em Nível 2. Sorte de quem irá comprá-lo pelo preço de (apenas) US $ 34.495 (antes de recálculo pelos descontos).

O nível atual de automação do Chevy Bolt EV é nível 1, de modo que ele já oferece um sistema ACC básico, a fim de manter uma distância segura a partir da posição do(s) veículo(s) logo à frente, e para evitar colisões em manobras, com radar e com câmera em torno do veículo, por enquanto combinado com nada mais.


Além do mais, a própria GM faz questão de alertar: "Torna a condução mais segura, mas, essas características de segurança são nenhum substituto para a responsabilidade do motorista para operar o veículo de forma segura. 

E prossegue: "O condutor deve permanecer atento ao trânsito, ambiente e condições de estrada em todos os momentos. Leia o manual do proprietário do veículo para limitações de recursos e informações importantes."

Tudo leva a crer que, se depender da GM, a política de desenvolvimento da tecnologia de Veículos Autônomos irá seguir uma rota diferente daquela buscada pela Tesla Motors, ou seja, será conduzida de modo mais cauteloso, responsável, e passo a passo. 

Na visão de Elon Musk, de acordo com os seus comentários sobre o assunto no ano passado, lançar rapidamente uma capacidade mais avançada auto-condução não é imprudente, mas, sim, é eticamente responsável, mesmo, enquanto retardar o progresso é essencialmente matar as pessoas.

Em suma, a GM planeja implantar os futuros carros de auto condução usando apenas empresas prestadores de serviço, e não visar vender veículos totalmente autônomos a particulares como pretende Musk, apesar que ambas empresas alegam a mesma motivação para seguir no desenvolvimento: a busca por maior segurança e reduzir os acidentes de trânsito e mortes.



...

Em construção ...

Eu ainda não estou bem certo por qual caminho evoluirei este artigo (mas seu que eu o farei "com pés no chão"). Desse modo, por enquanto, eu apenas sugiro que vocês leiam (e reflitam) sobre um outro artigo (em inglês): Top misconceptions of autonomous cars and self-driving vehicles.

AO PAPAI NOEL: Eu quero um Veículo Autônomo (nível 5 ... ou 4) ... mas, pode ser um Veículo Elétrico com Carregador Embarcado Sem Fio, mesmo!

Sem querer decepcionar ou desanimar ninguém, peço, ainda, a todos os ansiosos por disponibilização de inovações tecnológicas no mercado ao consumidor que reflitam sobre: Por quanto tempo nós já temos falado sobre Recarregamento Sem Fio de Veículos Elétricos? Todavia, não obstante, até agora, isso ainda é "apenas um futuro para onde estamos caminhando".

Fui ... fazer o simples (que eu ganho mais)! Até breve!

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Este trabalho de André Luis Lenz, foi licenciado com uma Licença Creative Commons - Atribuição - NãoComercial - CompartilhaIgual 3.0 Não Adaptada.