La storia delle auto a guida autonoma

Negli anni '80, icone della cultura pop come Terminator e Knight Rider hanno diffuso il concetto di robot e automobili completamente autonomi. Nei decenni successivi, abbiamo accettato l'idea di veicoli autonomi come una realtà imminente, ma sono rimasti confinati alla fantascienza.

Ma oggi, mentre le tecnologie dei sensori, dell'informatica e degli attuatori avanzano rapidamente, le macchine generalizzate hanno già trasformato la loro efficienza e prestazioni attraverso l'automazione e l'ottimizzazione. Veicoli autonomi (AV), robot autonomi e automobili autonome condividono tutti le stesse tecnologie comuni, come gli algoritmi di apprendimento automatico, sensori ad alta tecnologia e requisiti funzionali di autonomia con un'interazione umana ridotta al minimo.   Dato che le tecnologie tra questi dispositivi sono sinonime, questo articolo analizza la storia delle auto a guida autonoma e dei robot autonomi, e come ciò guiderà l'era futura.

Il primo robot autonomo

I moderni robot e veicoli autonomi operano utilizzando algoritmi di apprendimento automatico come le reti neurali, molte delle quali si basano sull'effettiva organizzazione del cervello umano. Non sorprende che uno dei primi robot autonomi concepiti sia stato creato da un neurobiologo.   William Grey Walter, uno scienziato americano/britannico con un background in neurofisiologia e cibernetica, sviluppò i primi robot progettati per ‘pensare’ come fanno gli esseri umani. I robot, Elmer ed Elsie, riflettevano generalmente la forma e le dimensioni di due tartarughe ed erano progettati per rispondere in modi specifici agli stimoli luminosi.   Elmer ed Elsie furono costruiti poco dopo la Seconda Guerra Mondiale utilizzando parti militari in surplus e sveglie, ma il loro impatto sulla robotica avrebbe influenzato la generazione successiva di robot e veicoli autonomi. Questi robot dimostrarono una delle forme più semplici (e tra le primissime) di navigazione autonoma.

Il primo robot industriale autonomo

Il primo robot industriale, Unimate, fu introdotto dall'inventore George Devol nel 1954 e venne utilizzato per la prima volta su una linea di assemblaggio della General Motors nel 1961. Unimate era responsabile dell'automazione del raffreddamento pressofusione. Maniglie delle porte appena forgiate (e molto calde) venivano immerse in una vasca di liquido di raffreddamento, eliminando la necessità che un essere umano si occupasse di questo compito estremamente pericoloso e potenzialmente dannoso.   Le attività sistematiche di Unimate erano memorizzate in un dispositivo di memoria a tamburo. Era dotato di una scatola simile a un computer che gli permetteva di svolgere le funzioni necessarie per le sue mansioni. Unimate contribuì a far comprendere ai settori industriale e manifatturiero il valore dei robot autonomi, gettando le basi per quasi tutti i robot autonomi orientati ai compiti che oggi si possono osservare sulle linee di assemblaggio di tutto il mondo.

Il primo robot autonomo a scopo generale

Shakey, la prima reale applicazione di un robot assistente personale in grado di aiutare con compiti monotoni, fu costruito tra il 1966 e il 1972 presso il Centro di Intelligenza Artificiale dello Stanford Research Institute. Questa invenzione fu il primo oggetto autonomo a utilizzare il ragionamento logico per generare azioni fisiche. Shakey era una combinazione tecnica di visione artificiale, elaborazione del linguaggio naturale, attuatori e sensori. Era in grado di ricevere comandi di base da un essere umano, suddividere quei comandi in azioni semplici e poi suddividere ulteriormente quelle azioni in sequenze di azioni specifiche tramite sistemi integrati.   Benché possa sembrare innovativo, questa suddivisione delle informazioni è ancora visibile nei veicoli autonomi moderni. Ad esempio, le automobili Tesla hanno una funzione di "richiamo" in cui un utente può richiamare la propria Tesla affinché navighi autonomamente verso il proprietario in un parcheggio. La Tesla è in grado di suddividere quel comando in una serie di manovre specifiche, che consistono tutte in comandi di controllo specifici del sistema.

La prima auto a guida autonoma

La prima macchina a guida autonoma è stata pilotata con successo da Pittsburgh a San Diego nel 1995, anche se non si trattava di un veicolo di produzione standard. La Navlab5, che era la quinta di dieci auto modificate dall'Istituto di Robotica della Carnegie Mellon, era un veicolo autonomo in grado di guidarsi da sola. Delle altre nove automobili Navlab, alcune erano semi-autonome mentre altre erano completamente autonome in scenari limitati.   La Navlab5 è nota per essersi guidata da sola da Pittsburgh a San Diego senza alcun intervento umano aggiuntivo, rendendola la prima auto autonoma. Mentre il conducente del veicolo era responsabile dell'accelerazione e della frenata, la Navlab5 è stata in grado di utilizzare telecamere e una varietà di altri sensori per navigare per oltre 2000 miglia senza intervento umano, considerato un traguardo monumentale nella storia dei veicoli autonomi e della robotica.

Primo veicolo con evitamento intelligente degli ostacoli

Forse considerato sia un robot autonomo che un veicolo autonomo, il rover marziano Sojourner è stato il primo dispositivo autonomo in grado di percepire, identificare, classificare e navigare in modo intelligente tra ostacoli specifici. Sojourner è stato sviluppato dalla NASA nei primi anni '90 e atterrò su Marte il 5 luglio 1997.
 
Data la comunicazione ritardata di 5-20 minuti tra Marte e la Terra, il rover marziano necessitava di intelligenza di navigazione che gli consentisse di muoversi autonomamente senza interazione umana. Sebbene il rover fosse pilotato dagli scienziati sulla Terra, essi si limitavano a fornire al rover indicazioni su dove spostarsi successivamente, anziché percorsi o strategie di navigazione specifici.
 
Sojourner utilizzava un laser e delle telecamere per identificare e misurare gli oggetti, al fine di capire come muoversi verso il prossimo punto di riferimento. Sebbene il rilevamento degli oggetti abbia fatto enormi progressi rispetto alla tecnologia del Sojourner dal 1997, la tecnologia di rilevamento basata su laser utilizzata in questo rover marziano è stata la prima del suo genere e un pilastro fondamentale per la moderna tecnologia LIDAR e le metodologie di rilevamento degli oggetti.

La prima auto a guida autonoma in produzione

La rivendicazione del primato della prima auto a guida autonoma di produzione dipende dalla definizione di autonomia. Non esiste ancora un veicolo di produzione in grado di raggiungere il livello 4 o 5 di autonomia, ma ci sono molte auto in circolazione oggi che sono capaci di un'autonomia di livello 3. Le auto che furono per la prima volta capaci di autonomia di livello 1 e livello 2 arrivarono alla produzione tra la fine degli anni '90 e la metà degli anni 2000. Ad esempio, la Lexus LS 460 del 2006 fu la prima auto a guida autonoma di produzione in grado di mantenere attivamente la corsia, il che significa che poteva sterzare completamente il veicolo e correggerlo se si stava spostando fuori dalla corsia desiderata. Honda riuscì a raggiungere questo traguardo nel 2003, ma applicava solo l'80% della coppia necessaria per sterzare il veicolo. Queste prime tecnologie di mantenimento attivo della corsia si basavano su telecamere montate sopra il parabrezza per comprendere la posizione di un veicolo all'interno di una corsia.

Robot e veicoli autonomi moderni

Ci sono centinaia di aziende che lavorano verso la realizzazione di veicoli completamente autonomi, ma in molte industrie i robot completamente autonomi sono già pienamente funzionanti.  I magazzini "dark" sono costituiti da robot e veicoli completamente autonomi che gestiscono intere strutture di magazzino con pochissima o nessuna interazione umana. I produttori moderni di quasi ogni settore in tutto il mondo si affidano a robot autonomi per svolgere compiti specifici con una destrezza e un'efficienza irraggiungibili dagli esseri umani.   Nel frattempo, molti settori—including il mondo automobilistico commerciale—stanno integrando diversi gradi di autonomia nella nostra vita quotidiana. Meno di un secolo fa, Elmer ed Elsie seguivano semplicemente la luce in una stanza senza una meta. Oggi, abbiamo macchine semi-autonome e completamente autonome in ogni angolo del pianeta.