Les voitures sans conducteur sont plus loin que vous ne le pensez

Une BMW Série 5 argentée se faufile dans la circulation à environ 120 kilomètres par heure (75 mph) sur une autoroute qui traverse la Bavière au nord-est entre Munich et Ingolstadt. Je suis dans le siège du conducteur, je regarde passer des voitures et des camions, mais je n'ai pas touché le volant, le frein ou la pédale d'accélérateur depuis au moins 10 minutes. La BMW s'approche d'un camion qui roule lentement. Pour maintenir notre vitesse, la voiture active son clignotant et commence à braquer vers la gauche, vers la voie de dépassement. Tout comme il le fait, une autre voiture fait une embardée dans la voie de dépassement à partir de plusieurs voitures derrière. La BMW éteint rapidement son signal et recule au centre de la voie, attendant que la voiture roulant à grande vitesse passe avant de réessayer.

Mettre votre vie entre les mains d'un robot chauffeur offre un aperçu troublant de la façon dont la conduite est sur le point d'être bouleversée. L'automobile, qui a suivi une évolution technologique constante mais lente au cours des 130 dernières années, est en passe de changer radicalement au cours des prochaines années, d'une manière qui pourrait avoir des impacts économiques, environnementaux et sociaux radicaux.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de novembre 2013

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Les premiers systèmes autonomes, capables de contrôler la direction, le freinage et l'accélération, commencent déjà à apparaître dans les voitures ; ces systèmes obligent les conducteurs à garder un œil sur la route et les mains sur le volant. Mais la prochaine génération, comme le prototype de conduite autonome de BMW, pourrait être disponible dans moins d'une décennie et permettre aux conducteurs de travailler, d'envoyer des SMS ou simplement de se détendre. Ford, GM, Toyota, Nissan, Volvo et Audi ont tous présenté des voitures capables de conduire eux-mêmes, et ils ont tous déclaré que d'ici une décennie, ils prévoyaient de vendre une forme d'automatisation avancée - des voitures capables de prendre le relais sur les autoroutes ou se garer dans un garage. Google, quant à lui, investit des millions dans des logiciels de conduite autonome, et ses voitures sans conducteur sont devenues un spectacle familier sur les autoroutes autour de la Silicon Valley au cours des dernières années.

L'attrait de l'automatisation pour les constructeurs automobiles est énorme. Dans un marché férocement concurrentiel, dans lequel les constructeurs de voitures de luxe se précipitent pour offrir aux clients les dernières technologies, ce serait un suicide commercial de ne pas investir massivement dans un avenir automatisé. C'est l'expérience la plus impressionnante que nous puissions offrir, m'a dit Werner Huber, l'homme en charge du projet de conduite autonome de BMW, au siège de l'entreprise à Munich. Il a déclaré que la société vise à être l'une des premières au monde à introduire l'autonomie sur les autoroutes.

Grâce à la conduite autonome, la route à venir semble susceptible d'avoir moins d'accidents de la circulation et moins d'embouteillages et de pollution. Les données publiées l'année dernière par l'Insurance Institute for Highway Safety, une organisation américaine à but non lucratif financée par l'industrie automobile, suggèrent que des fonctionnalités partiellement autonomes contribuent déjà à réduire les accidents. Ses chiffres, collectés auprès d'assureurs automobiles américains, montrent que les voitures équipées de systèmes d'avertissement de collision avant, qui avertissent le conducteur d'un accident imminent ou appliquent automatiquement les freins, sont impliquées dans beaucoup moins d'accidents que les voitures sans eux.

Une autonomie plus large pourrait réduire encore les accidents de la circulation. La National Highway Traffic Safety Administration estime que plus de 90 pour cent des accidents de la route impliquent une erreur humaine, un chiffre qui a conduit certains experts à prédire que la conduite autonome réduira le nombre d'accidents sur la route d'un pourcentage similaire. En supposant que la technologie devienne omniprésente et ait un tel effet, les avantages pour la société seront énormes. Près de 33 000 personnes meurent chaque année sur les routes aux États-Unis, pour un coût de 300 milliards de dollars, selon l'American Automobile Association. L'Organisation mondiale de la santé estime que plus de 1,2 million de personnes dans le monde meurent chaque année sur les routes.

Pendant ce temps, des démonstrations menées à l'Université de Californie à Riverside en 1997 et des expériences impliquant des véhicules routiers modifiés menées par Volvo et d'autres en 2011 suggèrent que le fait de faire voyager les véhicules en pelotons automatisés à grande vitesse, réduisant ainsi la traînée aérodynamique, pourrait réduire la consommation de carburant de 20 pour cent. Et une étude d'ingénierie publiée l'année dernière a conclu que l'automatisation pourrait théoriquement permettre à près de quatre fois plus de voitures de circuler sur un tronçon d'autoroute donné. Cela pourrait économiser une partie des 5,5 milliards d'heures et des 2,9 milliards de gallons de carburant qui, selon le Texas Transportation Institute, sont gaspillés chaque année par les embouteillages.

Si tout le reste échoue, il y a un gros bouton rouge sur le tableau de bord qui coupe l'alimentation de tous les ordinateurs de la voiture. Je me suis entraîné à le frapper plusieurs fois.

Mais de telles projections ont tendance à négliger à quel point il sera difficile de fabriquer une voiture sans conducteur. Si la conduite autonome doit changer radicalement les transports, elle doit être à la fois généralisée et irréprochable. Il est peu probable que la transformation d'une technologie aussi complexe en un produit commercial soit simple. Cela pourrait prendre des décennies pour que la technologie baisse en coût, et cela pourrait prendre encore plus de temps pour qu'elle fonctionne de manière suffisamment sûre pour que nous fassions confiance à des véhicules entièrement automatisés pour nous conduire.

ingénierie allemande
Sans surprise, une grande partie du battage médiatique sur la conduite autonome s'est concentrée sur le projet de conduite autonome de Google. Les voitures sont impressionnant, et la société a sans aucun doute insinué la possibilité de véhicules sans conducteur dans l'imagination de beaucoup. Mais malgré toute son expertise dans le développement de technologies et de logiciels de recherche, Google n'a aucune expérience dans la construction de voitures. Pour comprendre comment la conduite autonome est plus susceptible d'émerger, il est plus instructif de voir sur quoi travaillent certains des constructeurs automobiles les plus avancés au monde. Et peu d'endroits dans le monde peuvent rivaliser avec l'expertise automobile de l'Allemagne, où BMW, Audi, Mercedes-Benz et Volkswagen sont tous occupés à essayer de faire passer la conduite autonome d'un effort de recherche à une option viable sur leurs nouveaux modèles.

Peu de temps après mon arrivée à Munich, je me suis retrouvé sur une piste d'essai au nord de la ville, recevant des instructions de sécurité de Michael Aeberhard, un ingénieur de recherche BMW. Alors que je conduisais un prototype de BMW Série 5 sur un tronçon de piste vide, Aeberhard m'a dit de retirer mes mains du volant, puis a émis des commandes qui ont rendu la voiture folle et follement déviée de sa trajectoire. À chaque fois, je devais saisir le volant aussi rapidement que possible pour passer outre le comportement. Le système est conçu pour s'en remettre à un conducteur humain, cédant le contrôle chaque fois qu'il déplace le volant ou appuie sur une pédale. Et si tout le reste échoue, il y a un gros bouton rouge sur le tableau de bord qui coupe l'alimentation de tous les ordinateurs de la voiture. Je me suis entraîné à le frapper plusieurs fois et j'ai découvert à quel point il était difficile de contrôler la voiture sans même la direction assistée. L'idée de l'exercice était de me préparer à d'éventuels problèmes lors de l'essai routier. C'est encore un prototype, m'a rappelé Aeberhard à plusieurs reprises.

Après avoir signé une clause de non-responsabilité, nous avons conduit jusqu'à l'autoroute à l'extérieur de Munich. Un écran fixé du côté passager du tableau de bord montrait le monde tel que la voiture le perçoit : trois voies, sur lesquelles une minuscule version animée de la voiture est entourée d'un bouquet de blocs bleus flottants, correspondant chacun à un véhicule à proximité ou à un obstacle comme l'une des barrières de chaque côté de la route. Aeberhard m'a dit d'activer le système dans un trafic dense alors que nous roulions à environ 100 kilomètres par heure. Lorsque j'ai actionné le commutateur pour la première fois, je doutais même de retirer mes mains du volant, mais après avoir regardé la voiture effectuer de nombreuses manœuvres de dépassement, je me suis retrouvé à me détendre - à mon grand étonnement - jusqu'à ce que je devais me rappeler de faire attention à la route.

La voiture avait l'air normale de l'extérieur. Il n'y a pas de place sur une berline de luxe élégante pour les énormes scanners laser rotatifs vus sur les prototypes testés par Google. Ainsi, BMW et d'autres constructeurs automobiles ont dû trouver des moyens d'intégrer des capteurs plus petits et plus limités dans la carrosserie d'une voiture sans compromettre le poids ou le style.

Cachés à l'intérieur des pare-chocs avant et arrière de la BMW, deux scanners laser et trois capteurs radar balayent la route devant et derrière pour tout ce qui se trouve à moins de 200 mètres. Des caméras intégrées en haut du pare-brise et de la lunette arrière permettent de suivre les marquages ​​routiers et de détecter les panneaux de signalisation. Près de chaque rétroviseur se trouvent des scanners laser grand angle, chacun avec une vision de près de 180 degrés, qui surveillent la route à gauche et à droite. Quatre capteurs à ultrasons au-dessus des roues surveillent la zone proche de la voiture. Enfin, un récepteur différentiel du système de positionnement global, qui combine les signaux des stations au sol avec ceux des satellites, sait où se trouve la voiture, à quelques centimètres du marquage de voie le plus proche.

Plusieurs ordinateurs à l'intérieur du coffre de la voiture effectuent des mesures et des calculs en une fraction de seconde, traitant les données provenant des capteurs. Le logiciel attribue une valeur à chaque voie de la route en fonction de la vitesse de la voiture et du comportement des véhicules à proximité. À l'aide d'une technique probabiliste qui permet d'annuler les inexactitudes dans les lectures des capteurs, ce logiciel décide s'il faut changer de voie, tenter de dépasser la voiture qui précède ou s'écarter d'un véhicule qui approche par derrière. Les commandes sont transmises à un ordinateur séparé qui contrôle l'accélération, le freinage et la direction. Un autre système informatique surveille le comportement de tout ce qui est impliqué dans la conduite autonome à la recherche de signes de dysfonctionnement.

Aussi impressionnante que soit la conduite autonome sur autoroute de BMW, elle est encore à des années du marché. Pour voir l'autonomie la plus avancée désormais disponible, un jour plus tard, j'ai pris le train de Munich à Stuttgart pour rendre visite à un autre géant allemand de l'automobile, Daimler, qui possède Mercedes-Benz. Dans le centre de recherche et développement de l'entreprise au sud-est de la ville, où de nouveaux modèles expérimentaux se promènent recouverts de matériau noir pour cacher de nouveaux designs et fonctionnalités aux photographes, j'ai pu conduire probablement la voiture de route la plus autonome sur le marché aujourd'hui : la Mercedes 2014 Classe S.

Un ingénieur de sécurité jovial m'a conduit sur une piste d'essai, montrant comment la voiture peut se verrouiller sur un véhicule qui précède et le suivre le long de la route à une distance de sécurité. Pour suivre à distance constante, les calculateurs de la voiture prennent en charge non seulement le freinage et l'accélération, comme avec le régulateur de vitesse adaptatif classique, mais aussi la direction.

À l'aide d'une caméra stéréo, d'un radar et d'une caméra infrarouge, la Classe S peut également repérer des objets sur la route et prendre le contrôle des freins pour éviter un accident. L'ingénieur l'a démontré avec empressement en accélérant vers un mannequin placé au centre de la piste. À environ 80 kilomètres à l'heure, il a retiré ses mains du volant et a retiré son pied de l'accélérateur. Juste au moment où l'impact semblait presque inévitable, la voiture a effectué un arrêt d'urgence presque parfait, nous tirant vers l'avant sur nos sièges mais s'immobilisant à environ un pied devant le mannequin, qui portait une expression terrifiée à juste titre.

Route incertaine
Avec une telle technologie déjà sur la route et des prototypes comme celui de BMW en préparation, il est tentant d'imaginer que l'automatisation totale ne peut pas être loin. En réalité, passer du type d'autonomie de la Mercedes-Benz Classe S à celui du prototype de BMW prendra du temps, et le rêve d'une automatisation totale pourrait s'avérer étonnamment insaisissable.

D'une part, de nombreux capteurs et ordinateurs trouvés dans la voiture de BMW, et dans d'autres prototypes, sont trop chers pour être déployés à grande échelle. Et parvenir à une automatisation encore plus complète nécessitera probablement l'utilisation de capteurs et d'ordinateurs plus avancés et plus coûteux. L'instrument laser rotatif, ou LIDAR, vu sur le toit des voitures de Google, par exemple, fournit la meilleure image 3D du monde environnant, précise jusqu'à deux centimètres, mais se vend environ 80 000 $. De tels instruments devront également être miniaturisés et repensés, ce qui augmentera les coûts, car peu de concepteurs de voitures placeraient ceux qui existent déjà sur un nouveau modèle élégant.

Le coût ne sera cependant qu'un facteur. Alors que plusieurs États américains ont adopté des lois autorisant le test des voitures autonomes sur leurs routes, la National Highway Traffic Safety Administration n'a pas encore élaboré de réglementation pour tester et certifier la sécurité et la fiabilité des fonctionnalités autonomes. Deux traités internationaux majeurs, la Convention de Vienne sur la circulation routière et la Convention de Genève sur la circulation routière, peuvent devoir être modifiés pour que les voitures soient utilisées en Europe et aux États-Unis, car les deux documents stipulent qu'un conducteur doit avoir le plein contrôle de un véhicule en tout temps.

Cependant, les plus intimidants sont les défis restants de l'informatique et de l'intelligence artificielle. La conduite automatisée sera dans un premier temps limitée à des situations relativement simples, principalement la conduite sur autoroute, car la technologie ne peut toujours pas répondre aux incertitudes posées par la circulation venant en sens inverse, les rotatives et les piétons. Et les conducteurs seront aussi presque certainement appelés à assumer une sorte de rôle de supervision, les obligeant à être prêts à reprendre le contrôle dès que le système sort de sa zone de confort.

Malgré les démos tape-à-l'œil, j'ai parfois décelé chez les constructeurs une envie de freiner et de tempérer les attentes.

La relation entre l'homme et le conducteur de robot pourrait être étonnamment tendue. Le problème, comme je l'ai découvert lors de mon essai routier BMW, est qu'il est trop facile de perdre la concentration et difficile de la récupérer. La difficulté de réengager les conducteurs distraits est un problème qui Bryan Reimer , un chercheur du Age Lab du MIT, a bien documenté (voir Proceed with Caution Vers the Self-Driving Car , mai/juin 2013). Selon lui, les facteurs les plus inhibants dans le développement des voitures sans conducteur seront peut-être des facteurs liés à l'expérience humaine.

Afin de résoudre ce problème, les constructeurs automobiles réfléchissent à des moyens d'éviter que les conducteurs ne soient trop distraits et à des moyens de les ramener à la tâche de conduite aussi facilement que possible. Cela peut signifier surveiller l'attention des conducteurs et les alerter s'ils deviennent trop désengagés. Les premières générations [de voitures autonomes] vont nécessiter l'intervention d'un conducteur à certains endroits, Clifford Nass , codirecteur du Center for Automotive Research de l'Université de Stanford, m'a dit. Il s'avère que c'est peut-être le moment le plus dangereux pour les véhicules autonomes. Nous pouvons avoir cette terrible ironie que lorsque la voiture roule de manière autonome, elle est beaucoup plus sûre, mais en raison de l'incapacité des humains à se remettre dans la boucle, elle peut finalement être moins sûre.

L'image ci-dessus montre des données 3D capturées par l'instrument LIDAR au sommet d'une voiture autonome de Google, où la couleur indique la hauteur par rapport au sol. L'encart est la vue de la caméra frontale de la voiture.

Un défi important avec un système qui se conduit tout seul, mais seulement une partie du temps, est qu'il doit être capable de prédire quand il peut être sur le point de tomber en panne, pour donner au conducteur suffisamment de temps pour prendre le relais. Cette capacité est limitée par la portée des capteurs d'une voiture et par la difficulté inhérente à prédire l'issue d'une situation complexe. Peut-être que le conducteur est complètement distrait, a déclaré Werner Huber. Il lui faut cinq, six, sept secondes pour revenir à la tâche de conduite, ce qui signifie que la voiture doit savoir [à l'avance] quand sa limite est atteinte. Le défi est très grand.

Avant de voyager en Allemagne, j'ai rendu visite à John Leonard, un professeur du MIT qui travaille sur la navigation robotique, pour en savoir plus sur les limites de l'automatisation des véhicules. Leonard a dirigé l'une des équipes impliquées dans le DARPA Urban Challenge, un événement en 2007 qui a vu des véhicules autonomes courir dans des rues simulées de la ville, avec des intersections avec des panneaux d'arrêt et une circulation en mouvement. Le défi a inspiré de nouvelles recherches et un nouvel intérêt pour la conduite autonome, mais Leonard est retenu dans son enthousiasme pour la trajectoire commerciale que la conduite autonome a prise depuis lors. Certaines de ces questions fondamentales, sur la représentation du monde et la capacité de prédire ce qui pourrait arriver, nous pourrions encore avoir des décennies de retard sur les humains avec notre technologie de machine, m'a-t-il dit. Il y a ici des problèmes majeurs, non résolus et difficiles. Nous devons veiller à ne pas exagérer à quel point cela fonctionne bien.

Leonard a suggéré qu'une grande partie de la technologie qui a aidé les voitures autonomes à gérer des environnements urbains complexes dans des projets de recherche, dont certaines sont utilisées dans les voitures de Google aujourd'hui, pourrait ne jamais être suffisamment bon marché ou compacte pour être utilisée dans des véhicules disponibles dans le commerce. Cela inclut non seulement le LIDAR, mais également un système de navigation inertielle, qui fournit des informations de positionnement précises en surveillant les propres mouvements du véhicule et en combinant les données résultantes avec un GPS différentiel et une carte numérique très précise. De plus, le mauvais temps peut considérablement dégrader la fiabilité des capteurs, a déclaré Leonard, et il n'est peut-être pas toujours possible de s'appuyer fortement sur une carte numérique, comme le font tant de systèmes prototypes. Si le système repose sur une carte antérieure très précise, il doit être robuste à la situation de cette carte étant erronée, et le travail de mise à jour de ces cartes ne doit pas être sous-estimé, a-t-il déclaré.

Vers la fin de mon trajet dans le prototype autonome de BMW, j'ai découvert un exemple d'autonomie imparfaite en action. Nous avions fait une boucle autour de l'aéroport et nous nous dirigions vers la ville lorsqu'une voiture Smart, qui avait traversé la circulation de manière un peu erratique, a soudainement basculé devant moi par la droite. Confus par sa manœuvre soudaine et irrégulière, notre voiture a continué à s'en approcher rapidement, et avec moins d'une seconde à perdre, j'ai perdu mon sang-froid et j'ai freiné, ralentissant la voiture et la faisant sortir du mode de conduite autonome. Un instant plus tard, j'ai demandé à Aeberhard si notre voiture aurait freiné à temps. Cela aurait été proche, a-t-il admis.

Malgré les démos tape-à-l'œil et les plans audacieux de commercialisation, j'ai parfois décelé chez les constructeurs automobiles une envie de freiner et de tempérer les attentes. Ralf Herttwich, qui dirige la recherche et l'ingénierie des systèmes d'aide à la conduite chez Mercedes, a expliqué que l'interprétation d'une situation devient exponentiellement plus difficile à mesure que la route devient plus complexe. Une fois que vous quittez l'autoroute et une fois que vous vous engagez sur la route moyenne, la perception de l'environnement doit s'améliorer. Votre interprétation des situations de circulation, parce qu'elles sont tellement plus nombreuses qu'elles doivent s'améliorer, a-t-il déclaré. Le simple fait de regarder un feu de circulation et de décider si ce feu de circulation est pour vous est un problème très, très complexe.

Leonard du MIT, pour sa part, ne pense pas que l'autonomie totale soit imminente. Je ne m'attends pas à ce qu'il y ait des taxis à Manhattan sans chauffeur de mon vivant, a-t-il déclaré, avant d'ajouter rapidement, Et je ne veux pas voir les chauffeurs de taxi faire faillite. Ils savent où ils vont et, du moins en Europe, ils sont courtois et sûrs, et ils vous amènent là où vous devez être. C'est un rôle sociétal très précieux.

J'ai réfléchi aux objections de Leonard en visitant BMW et Mercedes. J'en ai même mentionné quelques-uns à un chauffeur de taxi à Munich qui était curieux de mon voyage. Il semblait loin d'être inquiet. On a septième sens – un septième sens, a-t-il dit, se référant à la conscience instinctive de la route qu'une personne acquiert. Alors qu'il traversait le trafic dense à une vitesse impressionnante, je me doutais que cette capacité à faire face adroitement à un monde aussi complexe et désordonné pourrait s'avérer utile pendant un certain temps encore.

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