Veicoli a guida autonoma: da sogno a realtà

27/12/2021

Nei 150 anni trascorsi dalle invenzioni pionieristiche di Karl Benz e Henry Ford, le auto hanno fatto molta strada. Con un miliardo di automobili stimate sulle strade di tutto il mondo e circa 70 milioni di veicoli prodotti ogni anno, l'auto è un elemento fondamentale della nostra società. L’idea di una vettura che non solo si alimenta, ma si guida persino da sola ha sempre rappresentato un sogno per l’industria. Ora, grazie ai passi in avanti a livello tecnologico, questo sogno sta finalmente iniziando a trasformarsi in realtà. Air Liquide contribuisce a superare i limiti prestazionali in questo campo fornendo i materiali avanzati necessari per la produzione di componenti elettronici.

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Quali sono le sfide per una guida completamente autonoma?

Attualmente, le automobili sono pilotate da esseri umani in grado di riconoscere, elaborare e rispondere a una varietà di diverse condizioni esterne. Gli autisti umani leggono segnali standardizzati come semafori e segnaletica stradale e - cosa importante - possono agire spontaneamente quando questi sono non funzionanti o non disponibili. I conducenti umani possono anche rispondere e in molti casi comunicare con altri conducenti umani intorno a loro, adottando i comportamenti più opportuni per evitare incidenti. Gli esseri umani controllano anche la meccanica di un'auto, utilizzando parti come il volante o il freno.

Da molti anni, quest'ultimo elemento non rappresenta più un grande ostacolo alla guida autonoma: dalla trasmissione automatica al servosterzo, vi sono ormai soluzioni collaudate che riducono il coinvolgimento umano nella meccanica di guida. Fino a poco tempo fa, tuttavia, replicare l’ampia gamma dei sensi umani e la velocità con cui gli autisti elaborano le informazioni e vi rispondono sembrava una sfida insormontabile. Una sfida a cui oggi è possibile rispondere attraverso numerose innovazioni, quali:

la gamma di sensori disponibili e l’elevata possibilità di miniaturizzarli;
il rapido aumento della potenza di elaborazione del computer;
lo sviluppo dell’intelligenza artificiale;
la prospettiva di una comunicazione solida e ad alta velocità, grazie al 5G.

Combinate, queste tecnologie potrebbero consentire alle automobili di leggere, capire e rispondere all'ambiente circostante - ad esempio per identificare ed evitare veicoli vicini, pedoni o altri pericoli - e di farlo con un grado di affidabilità e precisione più elevato rispetto agli esseri umani.

Quali tecnologie sono richieste per far funzionare le auto a guida autonoma?

In primo luogo, le auto a guida autonoma richiederanno tre tipi di chip per computer potenti: chip di rilevamento, chip di elaborazione e chip di controllo.

Chip di rilevamento - Gli occhi e le orecchie dell’auto

Già oggi, i sensori in auto rivestono una vasta gamma di funzioni: dal salvare la vita (ad esempio attraverso sistemi di avviso quando si rischia una collisione) fino al garantire comfort alla guida, rilevando ad esempio la pioggia per l'attivazione automatica del tergicristallo. Le auto a guida autonoma avranno bisogno di questo e di molto altro per essere in grado di guardare la strada e identificare in modo affidabile e in ogni condizione le altre auto, i pedoni e gli altri pericoli presenti. I sensori LiDAR (Light Detection and Ranging, cioè radar basati sulla luce al posto che sulle onde radio) e le telecamere sono i principali attivatori delle funzioni di guida autonoma, ma sono necessari anche molti altri sistemi microelettromeccanici (MEMS) per trasformare in realtà queste auto. Tra questi, accelerometri, sensori di prossimità e giroscopi.

Chip di elaborazione - Il cervello dell’auto

Poiché i sensori raccolgono enormi quantità di dati, sarà necessaria una gamma di processori e chip di memoria per gestire questi dati e ricavarne le funzioni di guida. Queste funzioni sono possibili anche grazie ai chip di comunicazione (5G) che consentono alle auto a guida autonoma di scambiare informazioni tra di loro e con il cloud. I processori interpretano poi queste informazioni che possono essere, ad esempio, avvisi meteo, letture di temperatura strada-superficie oppure la distanza tra tre auto sullo stesso tratto di strada, la loro velocità e la loro accelerazione o decelerazione.

Chip di controllo - Il cuore dell’auto

Dal controllo della trasmissione al monitoraggio del motore, dalla frenata all'assistenza alla sterzata, i componenti elettronici sono presenti nelle nostre auto da almeno 30 anni e non rappresentano più una grande barriera tecnologica. Tuttavia, le auto completamente autonome senza volante e freni a mano avranno bisogno di ancora più funzioni di azionamento con diversi livelli di sicurezza e ridondanza, per garantire la continuità di tutte le funzioni critiche per la sicurezza durante il tempo di reazione del conducente.

Qual è la situazione attuale?

Vediamo di seguito una classificazione ampiamente accettata dei livelli di automazione:

L0: Nessuna autonomia - il conducente si deve occupare di ogni aspetto della guida;
L1: Assistenza alla guida - il conducente utilizza sistemi di sterzo oppure di accelerazione/decelerazione in alcune situazioni;
L2: Automazione parziale - il conducente utilizza sia sistemi di sterzo che di accelerazione/decelerazione in alcune modalità;
L3: Automazione condizionata - il conducente utilizza un sistema di guida automatizzato per tutti gli aspetti della guida in alcune modalità, ma è pronto ad intervenire se necessario;
L4: Elevata automazione - il conducente utilizza un sistema di guida automatizzato per tutti gli aspetti della guida in alcune modalità ed è pronto ad intervenire se necessario; tuttavia, il veicolo può fermarsi in modo sicuro senza alcun intervento del conducente;
L5: Automazione completa - il conducente si affida interamente al sistema di guida automatizzato.

Attualmente, Tesla Model 3 è ampiamente accettato come rispondente ai criteri L2, mentre l'Audi A8 è considerata da alcuni come L3, mentre altri affermano che attualmente non ci siano auto L3 in circolazione. Il prototipo di Waymo Google ha caratteristiche L4 e L5, ma è ancora molto lontano dalla produzione su larga scala.