Jak fungují autonomní auta: senzory, AI a úrovně automatizace

Jak fungují autonomní auta? Na první pohled to vypadá jednoduše: auto „vidí“ silnici a samo jede. Ve skutečnosti jde o souhru mnoha senzorů, umělé inteligence, přesných map a rozhodovacích algoritmů, které musí v každém okamžiku zvládnout desítky úloh najednou. V tomto článku srozumitelně vysvětlíme, jak samořídící auta vnímají okolí, jak plánují jízdu, co znamenají úrovně automatizace 0 až 5, kde dnes skutečně jsme a jakou roli hrají hlasoví asistenti typu ChatGPT v autě.

Jak fungují autonomní auta: tři základní kroky

Řízení auta, ať už ho dělá člověk, nebo stroj, se dá rozdělit do tří kroků, které se neustále opakují:

1. Vnímání. Co je kolem mě? Kde jsou jiná auta, chodci, cyklisté, značky, semafory a okraje silnice?
2. Předvídání a plánování. Co se pravděpodobně stane v příštích sekundách a jakou trasu a rychlost mám zvolit?
3. Řízení. Jak přesně natočit volant, kolik přidat plynu nebo jak silně brzdit?

Člověk to dělá intuitivně. Autonomní auto potřebuje pro každý krok samostatné systémy, které spolu musí spolehlivě spolupracovat. Na každém z nich se podílí umělá inteligence, nejvíc ale na vnímání a předvídání.

Senzory: kamery, radar a lidar

Auto nejdřív potřebuje „oči“. Používá k tomu několik typů senzorů, protože každý má jiné silné a slabé stránky:

• Kamery vidí barvy, značky, semafory a vodorovné značení. Jsou poměrně levné, ale hůř si poradí ve tmě, v mlze, při oslnění nebo v hustém dešti a vzdálenost musí odhadovat.
• Radar vysílá rádiové vlny a měří, jak se odrážejí. Dobře určí vzdálenost a rychlost objektů a funguje i za špatného počasí, ale nevidí detaily.
• Lidar vysílá laserové paprsky a skládá z odrazů trojrozměrný obraz okolí. Je velmi přesný ve vzdálenostech a tvarech, ale bývá dražší a i jemu může vadit silný déšť nebo sníh.
• K tomu se přidávají ultrazvukové senzory pro parkování, GPS a inerciální senzory, které měří pohyb a natočení vozu.

Výrobci volí různé kombinace. Někteří sázejí hlavně na kamery, jiní kombinují kamery, radar i lidar. Spojování dat z více senzorů se odborně říká fúze senzorů a jeho cílem je, aby slabinu jednoho senzoru vyvážil jiný.

Vnímání: jak AI rozumí obrazu silnice

Surová data ze senzorů jsou jen čísla a pixely. Aby z nich vznikl obraz situace, nastupují neuronové sítě. Modely hlubokého učení se trénují na obrovském množství záznamů z jízd, ve kterých jsou označená auta, chodci, cyklisté, značky nebo jízdní pruhy. Naučí se je pak rozpoznat i v nových situacích. Jak takové sítě fungují, vysvětluje článek co je hluboké učení.

Výsledkem je model okolí: auto ví, kde jsou jaké objekty, jak se pohybují a kam asi směřují. Důležitou roli hrají i podrobné mapy, které autu napoví, kde jsou pruhy, přechody nebo křižovatky ještě předtím, než je senzory uvidí.

Nejtěžší jsou neobvyklé situace, kterým se říká okrajové případy: spadlý náklad na silnici, policista řídící provoz rukou, dětský míč, který se vykutálí do vozovky, nebo neobvyklé dopravní značení na stavbě. Člověk si v nich poradí díky zkušenosti a zdravému rozumu. Stroj se je musí naučit z dat, a protože jsou vzácné, je to obtížné.

Plánování a řízení

Jakmile auto ví, co se kolem děje, musí rozhodnout, co udělá. Systém předvídá, jak se pravděpodobně zachovají ostatní účastníci provozu, a hledá bezpečnou a plynulou trasu. Musí přitom dodržet pravidla silničního provozu, udržet bezpečný odstup a zároveň jet tak, aby to nebylo zbytečně trhané nebo opatrné.

Na plánování navazuje samotné řízení: přesné povely pro volant, plyn a brzdy. Vše se opakuje mnohokrát za sekundu. Podobný princip neustálého vnímání, předvídání a jednání používají i roboti, o kterých píšeme v článku humanoidní roboti a AI. A předvídání budoucího stavu na základě dat najdeme i v meteorologii, jak ukazuje článek AI předpověď počasí.

Samořídící auta a úrovně automatizace 0–5

Aby se dalo jasně říct, co auto umí, používá se stupnice automatizace podle organizace SAE. Má šest úrovní:

• Úroveň 0: žádná automatizace. Auto může varovat, ale řídí výhradně člověk.
• Úroveň 1: auto pomáhá s jednou věcí, například s udržováním odstupu (adaptivní tempomat).
• Úroveň 2: auto zvládá řízení i rychlost současně v určitých situacích, například na dálnici. Řidič ale musí neustále sledovat silnici, mít situaci pod kontrolou a nese odpovědnost.
• Úroveň 3: v přesně vymezených podmínkách může auto řídit samo a řidič se smí věnovat něčemu jinému. Musí ale být připraven převzít řízení, když ho o to systém požádá.
• Úroveň 4: auto jezdí samo bez zásahu člověka, ale jen ve vymezené oblasti nebo za určitých podmínek.
• Úroveň 5: plná automatizace kdekoli a za jakýchkoli podmínek, kde by zvládl jet člověk.

Tato stupnice je užitečná při čtení reklam a zpráv. Pokud výrobce mluví o „autopilotu“ nebo „samořízení“, vyplatí se zjistit, o jakou úroveň skutečně jde a kdo nese odpovědnost.

Kde jsme dnes: od asistentů po robotaxi

Běžná auta prodávaná v Česku dnes typicky nabízejí asistenční systémy na úrovni 2. Umějí držet jízdní pruh, udržovat odstup od vozu vpředu nebo pomoci v koloně. Řidič je ale stále odpovědný za jízdu a musí být připraven kdykoli zasáhnout. Spoléhat na asistenta jako na plnohodnotného řidiče je chyba, která může být nebezpečná.

Někteří výrobci mají schválenou úroveň 3 pro omezené podmínky, například pro jízdu v koloně na dálnici při nižší rychlosti. V některých amerických městech fungují služby robotaxi bez bezpečnostního řidiče za volantem, známým příkladem je Waymo. Tyto služby ale jezdí ve vymezených oblastech, které mají dobře zmapované, a jejich rozšiřování je postupné.

Autonomní technologie se mezitím uplatňují i mimo osobní auta: v logistických areálech, v dolech, v zemědělství nebo ve skladech, kde je prostředí přehlednější a kontrolovanější. Víc o tom píšeme v článku AI v logistice.

AI asistent v autě a ChatGPT v autě

Samostatným tématem jsou hlasoví asistenti. Někteří výrobci integrují do svých vozů asistenty založené na velkých jazykových modelech, podobných ChatGPT. Díky tomu se s autem dá mluvit přirozeněji: zeptat se na nejbližší nabíječku po cestě, nechat si upravit teplotu nebo si nechat vysvětlit funkci, kterou neznáte.

Je ale dobré tyto dvě věci nezaměňovat. Hlasový asistent v autě je pomocník pro komunikaci a pohodlí, nikoli systém, který řídí. Za samotné řízení odpovídají specializované systémy popsané výše. Jak hlasoví asistenti fungují obecně, vysvětluje článek hlasoví asistenti vs chatboti.

Bezpečnost, odpovědnost a otázky, které zůstávají

S autonomní jízdou souvisí i otázky, které technika sama nevyřeší. Kdo odpovídá za nehodu, když řídí systém? Jak ověřit, že je auto dostatečně bezpečné? Jak chránit data, která auto o okolí a o řidiči sbírá? Legislativa v Evropě i jinde se postupně vyvíjí a pravidla se mohou mezi zeměmi lišit.

Závěr

Jak fungují autonomní auta? Kombinují senzory, které snímají okolí, umělou inteligenci, která obraz rozpozná a předvídá vývoj, a plánovací systémy, které rozhodují o jízdě. Dnes v Česku běžně jezdíme s asistenty úrovně 2, kde řidič zůstává odpovědný. Plně autonomní jízda už existuje, ale jen v omezených podmínkách a vybraných městech.

Chcete pochopit, jak AI rozpoznává obraz a rozhoduje se? Začněte kurzem základy AI zdarma a inspiraci pro využití AI ve firmě najdete v příkladech využití AI.