Volkswagenul fără șofer percepe realitatea printr-o tehnologie made in Cluj

Volkswagenul autonom, cu senzorii instalați pe plafon, în timpul unui test drive la Wolfsburg, în decembrie 2019 | Foto: Volkswagen

O echipă de specialiști în IT de la Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca (UTCN) a dezvoltat sistemul de percepție al unui autovehicul autonom realizat de un consorțiu condus de Volkswagen.

Cercetarea a avut loc în cadrul unui proiect european, care a implicat și IBM, Universitatea Tehnică din Praga și Școala Politehnică Federală din Zurich, pe lângă producătorul de mașini și universitatea clujeană.

Proiectului a durat patru ani și s-a încheiat în decembrie 2019. La final, s-a obținut o mașină VW complet autonomă, care a trecut testele desfășurate în condiții controlate. În 27 noiembrie 2019 la Wolfsburg a avut loc prezentarea publica a vehiculului. Grupul Volkswagen, în articolul publicat pe site-ul propriu, compară mașina cu o calificare în Liga Campionilor a condusului autonom.

Grupul de la Cluj

Echipa clujeană care a lucrat în cadrul proiectului a fost coordonată de prorectorul UTCN Sergiu Nedevschi. „Noi am lucrat pe partea de percepție. Cu ajutorul senzorilor, am obținut reconstituirea fidelă, în timp real, a mediului din jurul mașinii, în trei dimensiuni: detecția obiectelor, statice sau dinamice, urmărirea și clasificarea lor”, a explicat acesta. Pe baza acestor informații, se pot face estimările de risc, planificarea traiectoriei și navigarea.
Potrivit profesorului universitar, este vorba de o tehnologie mult mai sofisticată decât cea a sistemelor comune de asistență a șoferilor, fiindcă trebuie să acopere 360 de grade. Totodată, trebuie să fie o percepție redundantă, adică mai mulți senzori să evalueze un obiect, pentru ca, în cazul în care unul greșește, ceilalți să corecteze percepția.

Video-ul oficial care demonstrează cum funcționează mașina:

În acest scop, mașina a fost dotată cu patru camere de luat vederi, care asigură perspectiva de 360 de grade, până la o distanță de 30-40 de metri, iar o cincea cameră, „scanează” în fața mașinii, până la 100 de metri. Aceste camere culeg și transmit așa numita „informație semantică”, adică, spune prof. univ. Nedevschi, informația prin care se pot identifica obiectele din jur: pietoni, mașini, drum, bordură.

Informațiilor culese de camerele de luat vederi li se adaugă cele culese de cinci sisteme de detecție LIDAR, pe bază de laser, instalate pe plafonul mașinii, și alte șase instalate la baza mașinii, precum și trei radare, în față, și alte șase, cu acoperire de 360 de grade. Sistemele LIDAR de deasupra au 32 de straturi, adică scanează pe 32 de niveluri, cele de jos, patru straturi.

Toate informațiile trimise de cele trei tipuri de senzori sunt agregate și redau imaginea mediului înconjurător, în 3D. La nivel de prelucrare a acestor date intervine o inovație a UTCN, care a dezvoltat un sistem de „fuziune a datelor primare”. „Până acum, datele erau interpretate separat, de la fiecare tip de senzor, iar fuziunea datelor avea loc la nivel de obiecte. Având așa de mulți senzori, numărul de obiecte pe care le redau este așa de mare încât interpretarea lor în timp real devenea foarte dificilă. Noi am creat un algoritm care fuzionează datele primare și creează un nor de puncte cu informație semantică”. Adică un tablou cu informația care permite identificarea corectă a obiectelor din jur, care poate fi interpretat mai departe de celelalte sisteme ale mașinii.

Inteligența artificială, pusă la lucru

Algoritmul de percepție dezvoltat de UTCN pentru Volkswagen este superior celui care se bazează pe informațiile luate separat. La realizarea lui s-a utilizat inteligența artificială, mai exact „învățarea profundă” (deep learning), care presupune rezolvarea unor probleme nu pe baza unui model prestabilit ci pe baza unui model determinat în urmă interpretării unei mari cantități de exemple.

Prof. univ. Sergiu Nedevschi | Foto: Bogdan Stanciu

„Aceasta a fost prima mașină autonomă a VW, s-a testat și merge. Dar, până să ajungem să avem mașini fără șofer pe străzile din oraș, va mai trece multă vreme. Suntem ca la începuturile aviației, mai avem o cale foarte lungă de bătut. Mașinile actuale merg în contexte simple, pe un poligon de teste, sau pe un traseu simplu. În oraș, e altceva”, a încheiat prof. univ. Sergiu Nedevschi.

UTCN colaborează cu VW din 2001 în cadrul unor proiecte finanțate de compania germană sau de Uniunea Europeană.

Cine, ce a făcut

Proiectul prin care s-a dezvoltat Volkswagenul fără șofer se numește „Automated Urban Parking and Driving – UP-Drive” și a fost finanțat prin programul de cercetare Orizont 2020. „Inteligența artificială și robotica sunt elemente cheie în mobilitatea automatizată și conectată, astfel că susținerea publică pentru proiecte de cercetare asociate reprezintă o investiție bună. Proiectul UP-Drive are potențialul să demonstreze abilitatea cercetătorilor europeni din mediul academic și industrial de a aduce beneficii reale ale acestor tehnologii în slujba cetățenilor”, a declarat despre proiect Mariya Gabriel, comisar european pentru economia și societatea digitale.

În cadrul proiectului, vehiculul dotat cu senzorii necesari pentru controlul digital a fost furnizat de Volkswagen; infrastructura de comunicație necesară includerii vehiculului într-un sistem de tip „cloud” pentru întreținerea și utilizarea continuă a hărții detaliate a mediului a fost dezvoltat de IBM Zurich; modulul de percepție senzorială având rolul furnizării unei descrieri 3D a mediului a fost dezvoltat de UTCN; modulul de localizare și mapare continuă a fost dezvoltat de ETH Zurich; modulul de înțelegere a scenei a fost dezvoltat de Universitatea Tehnică din Praga, iar modulul de planificare și navigare a fost dezvoltat de Volkswagen.

Schema de funcționare a autovehiculului fără șofer | Sursa: Volkswagen, adaptare TR

Activitatea de cercetare a UTCN a fost desfășurată în cadrul Centrului de Cercetare pentru Procesare de Imagine și Recunoașterea Formelor, din cadrul Departamentului de Calculatoare al Facultății de Automatică și Calculatoare, sub coordonarea prof. univ. Sergiu Nedevschi. Echipa de cercetători a fost formată din 12 persoane.
Bugetul total al proiectului a fost de 7,6 milioane de euro, din care 4,6 finanțare europeană. Finanțarea pentru UTCN a fost de 900.000 de euro.