توسعه سامانه ایمنی جدید برای خودروهای خودران با تشخیص خطر سریع‌تر از مغز انسان

معرفی سامانه ایمنی نوین برای خودروهای خودران

تیمی بین‌المللی از محققان از توسعه یک سیستم ایمنی پیشرفته برای وسایل نقلیه خودران خبر داده‌اند که قادر است خطرات را با سرعتی فراتر از توانایی مغز انسان شناسایی و پردازش کند. این نوآوری که بر پایه سخت‌افزار طراحی شده، با افزایش چشمگیر سرعت پردازش بصری، پتانسیل بالایی برای ارتقای ایمنی خودروهای خودران، پهپادها و ربات‌ها دارد.

این پژوهش، حاصل همکاری دانشمندانی از کشورهای چین، بریتانیا، هنگ‌کنگ، عربستان سعودی و ایالات متحده است. هدف اصلی این پروژه، توسعه یک «رفلکس سخت‌افزاری» بوده که تصمیم‌گیری در رانندگی خودکار را تسریع بخشد. یکی از چالش‌های دیرینه در حوزه رباتیک و خودروهای خودران، کندتر بودن ماشین‌ها در مقایسه با انسان در تفسیر داده‌های بصری و واکنش به خطرات ناگهانی بوده است.

چالش سرعت واکنش: انسان در برابر ماشین

در حال حاضر، یک خودروی خودران با سرعت تقریبی ۸۰ کیلومتر بر ساعت (۵۰ مایل بر ساعت)، حدود ۰.۵ ثانیه برای واکنش به یک مانع نیاز دارد که در این زمان، مسافتی معادل ۱۳ متر (۴۳ فوت) را طی می‌کند. این در حالی است که مغز انسان معمولاً در حدود ۰.۱۵ ثانیه واکنش نشان می‌دهد. این اختلاف زمانی قابل توجه، همواره نگرانی‌هایی را درباره ایمنی سیستم‌های خودکار در محیط‌های غیرقابل پیش‌بینی ایجاد کرده است.

رویکرد سخت‌افزاری برای پردازش سریع‌تر

به جای تمرکز صرف بر بهبود نرم‌افزار، محققان راهکار خود را در سطح سخت‌افزار طراحی کرده‌اند. این رویکرد امکان افزایش سرعت تصمیم‌گیری را بدون نیاز به بازطراحی کامل سیستم‌های دوربینی موجود فراهم می‌آورد. سیستم جدید با الهام از نحوه عملکرد بینایی انسان توسعه یافته است؛ بدین صورت که ابتدا تغییرات ناگهانی یا حرکات مهم را شناسایی کرده و سپس پردازش‌های دقیق‌تر را انجام می‌دهد.

تراشه فوق‌حساس تشخیص حرکت

هسته اصلی این فناوری، یک آرایه دوبعدی از ترانزیستورهای سیناپسی است که به عنوان یک تراشه فوق‌حساس برای تشخیص حرکت عمل می‌کند. این تراشه با استفاده از رویکرد «فیلتر سپس پردازش»، ابتدا داده‌های غیرضروری را حذف کرده و تنها تغییرات کلیدی صحنه را ثبت می‌کند. توانایی‌های این سامانه به شرح زیر است:

• شناسایی تغییرات تصویری در ۱۰۰ میکروثانیه
• نگهداری اطلاعات حرکتی برای بیش از ۱۰ هزار ثانیه
• انجام بیش از ۸ هزار چرخه کاری بدون افت عملکرد

پس از ثبت فریم تصویر، تراشه به جای پردازش کل تصویر، تنها اشیای متحرک را انتخاب کرده و برای تحلیل عمیق‌تر به الگوریتم‌های رایج بینایی ماشین ارسال می‌کند. این روش، طبق نتایج مطالعه، بیش از ۱۰ برابر سریع‌تر از روش‌های متداول پردازش تصویر است.

نتایج آزمایشگاهی و کاربردهای عملی

آزمایش‌های انجام شده در محیط آزمایشگاهی نشان داد که این سامانه، داده‌های حرکتی را چهار برابر سریع‌تر از پیشرفته‌ترین الگوریتم‌های فعلی پردازش می‌کند و در شرایط ایده‌آل، حتی عملکردی فراتر از واکنش انسانی دارد. در آزمون‌های رانندگی، بهبود ۲۱۳.۵ درصدی در تشخیص خطر گزارش شد و توانایی بازوهای رباتیک در گرفتن اشیا تا ۷۴۰.۹ درصد افزایش یافت. اگرچه کارایی در شرایط واقعی کمی کاهش یافت، اما همچنان از سیستم‌های خودران موجود عملکرد بهتری داشت.

به گفته پژوهشگران، کاهش حدود ۰.۲ ثانیه‌ای زمان واکنش در سرعت ۸۰ کیلومتر بر ساعت می‌تواند فاصله ترمز را تقریباً ۴.۴ متر (۱۴.۴ فوت) کاهش دهد. گائو شوئو، استاد دانشگاه بیهانگ و یکی از نویسندگان مسئول این پژوهش، اظهار داشت:

«این رویکرد با افزایش ۴۰۰ درصدی سرعت ضمن حفظ یا بهبود دقت، امکان اجرای الگوریتم‌های بینایی ماشین را تا چهار برابر سریع‌تر فراهم می‌کند و ارزش مهندسی بالایی دارد.»

او همچنین افزود که در تصادفات رانندگی، اختلافی در حد چند متر می‌تواند تعیین‌کننده وقوع یا عدم وقوع برخورد باشد. در پهپادهای کوچک نیز، زمان واکنش دست‌کم یک‌سوم کاهش یافته که به بهبود دوام و عملکرد پروازی کمک شایانی کرده است.

آینده ایمنی خودروهای خودران

پژوهشگران ابراز امیدواری کرده‌اند که با تجهیز خودروهای خودران به این «رفلکس سخت‌افزاری»، سیستم‌های بدون‌سرنشین بتوانند در شرایط ناگهانی جاده‌ای، حتی حساس‌تر از انسان واکنش نشان داده و سطح ایمنی را به طور بنیادی افزایش دهند. نتایج کامل این مطالعه در نشریه علمی معتبر Nature Communications منتشر شده است.