 |
| Công nghệ xe ô tô tự lái đã bắt đầu được nghiên cứu thực tế từ cách đây nửa thế kỷ |
Tesla, Waymo hay các công ty công nghệ tại Thung lũng Silicon thường được nhắc đến khi nói về xe tự lái ngày nay, nhưng nỗ lực tạo ra những chiếc xe có thể tự vận hành đã bắt đầu từ nhiều thập kỷ trước khi ngành công nghệ hiện đại bước chân vào lĩnh vực này.
Quá trình phát triển xe tự lái có thể được lần theo dấu vết của hàng loạt dự án nghiên cứu tại Nhật Bản, Châu Âu và Mỹ. Từ rất lâu trước khi robotaxi xuất hiện trên đường phố, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm camera, máy tính trên xe và các hệ thống điều khiển tự động nhằm tạo ra những phương tiện có khả năng nhận biết môi trường xung quanh và đưa ra quyết định lái xe mà không cần con người can thiệp.
Nhiều công nghệ ngày nay được xem là nền tảng của xe tự lái, từ thị giác máy tính, nhận diện làn đường, kiểm soát hành trình thích ứng cho tới chuyển làn tự động, thực tế đã được trình diễn trên các nguyên mẫu thử nghiệm từ nhiều năm, thậm chí nhiều thập kỷ trước khi xuất hiện trên xe thương mại.
Nhật Bản tạo ra một trong những chiếc xe tự lái đầu tiên
Một trong những dự án xe tự lái được ghi nhận sớm nhất đã xuất hiện tại Phòng thí nghiệm Cơ khí Tsukuba (Tsukuba Mechanical Engineering Laboratory) ở Nhật Bản vào năm 1977. Chiếc xe thử nghiệm sử dụng hai camera để nhận diện vạch kẻ đường và các dấu hiệu dẫn hướng trên mặt đường. Hình ảnh từ camera được xử lý bởi máy tính đặt trên xe, sau đó hệ thống tạo ra các lệnh đánh lái để giữ phương tiện đi đúng hướng.
Theo tiêu chuẩn ngày nay, hệ thống này còn rất sơ khai. Xe chỉ hoạt động ở tốc độ khoảng 30 km/h trong môi trường thử nghiệm khép kín. Nó không thể phản ứng với các phương tiện khác, người đi bộ hay những chướng ngại vật bất ngờ, mà chủ yếu được thiết kế để bám theo các vạch kẻ đã được xác định trước.
Dù vậy, đây vẫn là một cột mốc đáng chú ý bởi chiếc xe thực hiện nhiệm vụ dẫn hướng nhờ các cảm biến và máy tính đặt trên xe thay vì điều khiển từ xa hoặc dựa vào cơ sở hạ tầng hỗ trợ. Trong bối cảnh sức mạnh xử lý của máy tính còn rất hạn chế vào thời điểm đó, dự án đã chứng minh rằng thị giác máy tính có thể được sử dụng để dẫn hướng cho phương tiện.
Việc có nên coi chiếc xe của Tsukuba là một phương tiện tự lái thực thụ hay không vẫn là chủ đề gây tranh luận. So với các hệ thống hiện đại, nó gần như không có khả năng thích ứng với những thay đổi của môi trường và chỉ hoạt động trong điều kiện được kiểm soát chặt chẽ. Tuy nhiên, dự án đã đặt nền móng cho nhiều khái niệm quan trọng của xe tự lái sau này, đồng thời cho thấy camera có thể trở thành nguồn dữ liệu chính để phương tiện nhận biết thế giới xung quanh.
Dự án VaMoRs của Đức đưa xe tự lái ra thế giới thực
Video Dự án VaMoRs của Đức
Bước đột phá tiếp theo đến từ Tây Đức dưới sự dẫn dắt của Giáo sư Ernst Dickmanns tại Đại học Bundeswehr Munich. Ông được xem là một trong những người tiên phong trong lĩnh vực thị giác máy tính ứng dụng cho xe tự lái, với mục tiêu giúp phương tiện có thể phân tích hình ảnh từ camera và đưa ra quyết định lái xe theo thời gian thực.
Thành quả nổi tiếng nhất của nhóm nghiên cứu là VaMoRs, viết tắt của cụm từ tiếng Đức "Versuchsfahrzeug für autonome Mobilität und Rechnersehen", có thể hiểu là "Phương tiện thử nghiệm cho khả năng di chuyển tự động và thị giác máy tính".
Được phát triển trên nền tảng một chiếc xe van Mercedes-Benz, VaMoRs được trang bị camera, máy tính cùng các hệ thống điều khiển điện tử cho vô-lăng, chân ga và phanh. Không giống nhiều ý tưởng trước đó vốn phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng đặc biệt trên đường, VaMoRs chủ yếu dựa vào hệ thống nhận thức của chính chiếc xe để hiểu môi trường xung quanh.
Chiếc xe này hoàn thành những thử nghiệm lái tự động đầu tiên vào năm 1986. Chỉ một năm sau, nó đã có thể tự vận hành trên một đoạn đường cao tốc Autobahn được đóng riêng cho mục đích thử nghiệm, di chuyển hơn 20 km ở tốc độ gần 96 km/h. Những con số này có thể không gây ấn tượng theo tiêu chuẩn ngày nay, nhưng vào thời điểm đó, đây là thành tựu đáng kinh ngạc khi sức mạnh xử lý của máy tính còn kém xa các hệ thống trên ô tô hiện đại.
 |
Hơn nữa, điều khiến VaMoRs trở nên đặc biệt không chỉ là khả năng giữ làn. Qua nhiều năm phát triển, hệ thống còn được bổ sung khả năng nhận diện chướng ngại vật, theo dõi phương tiện phía trước, tự điều chỉnh tốc độ và thực hiện chuyển làn tự động. Nhiều tính năng trong số này hiện đã trở thành trang bị quen thuộc trên các hệ thống hỗ trợ lái tiên tiến.
Quan trọng hơn, VaMoRs chứng minh rằng xe tự lái có thể hoạt động dựa trên các hệ thống cảm nhận đặt trên xe thay vì phụ thuộc vào những con đường được thiết kế đặc biệt. Đây cũng chính là nguyên lý mà phần lớn các chương trình phát triển xe tự lái hiện nay đang theo đuổi.
PROMETHEUS trở thành dự án xe tự lái lớn nhất Châu Âu
Video dự án xe tự lái PROMETHEUS
Thành công của Dickmanns đã góp phần mở đường cho dự án EUREKA PROMETHEUS, một trong những chương trình nghiên cứu ô tô lớn nhất từng được triển khai tại Châu Âu. Diễn ra từ năm 1987 đến năm 1995, dự án quy tụ hơn 600 công ty, trường đại học và tổ chức nghiên cứu, trong đó có nhiều hãng xe lớn mà Mercedes-Benz là một trong những cái tên nổi bật nhất.
PROMETHEUS được triển khai với mục tiêu cải thiện an toàn giao thông và hiệu quả vận tải thông qua các công nghệ tiên tiến, trong đó xe tự lái là một trong những tham vọng lớn nhất.
Các nhà nghiên cứu không còn sử dụng chiếc van VaMoRs mà chuyển sang hai nguyên mẫu dựa trên Mercedes-Benz S-Class, được trang bị những hệ thống tự động hóa ngày càng phức tạp. Đến đầu những năm 1990, các phương tiện này đã có thể nhận diện làn đường, theo dõi giao thông xung quanh và liên tục giám sát các phương tiện khác ở khoảng cách lên tới 100 m.
Máy tính trên xe có khả năng ước tính vị trí và tốc độ của các phương tiện xung quanh, đánh giá hình dạng làn đường và xác định liệu việc chuyển làn có an toàn hay không. Trong bối cảnh phần lớn ô tô thương mại thời đó chỉ mới có kiểm soát hành trình cơ bản, những khả năng này được xem là đi trước thời đại.
 |
Màn trình diễn quan trọng nhất của dự án diễn ra vào năm 1994 trên các tuyến cao tốc nhiều làn quanh Paris. Với tài xế an toàn ngồi sau vô-lăng, hệ thống tự động đảm nhận phần lớn nhiệm vụ lái xe, bao gồm giữ làn, điều chỉnh tốc độ và chuyển làn ở tốc độ lên tới 130 km/h trong điều kiện giao thông thực tế.
Theo các nghiên cứu được Dickmanns và cộng sự công bố, hệ thống có thể nhận biết biên làn đường, độ cong của mặt đường, chiều rộng làn, số lượng làn xe cũng như vị trí của nhiều phương tiện xung quanh cùng lúc.
Thành tựu nổi tiếng nhất của thời kỳ PROMETHEUS đến vào năm 1995. Nhóm nghiên cứu thực hiện hành trình khứ hồi giữa Munich (Đức) và Odense (Đan Mạch), với tổng quãng đường khoảng 1.600 km. Theo các báo cáo được công bố, chiếc xe đã tự vận hành khoảng 95% quãng đường, tự giữ làn, điều chỉnh tốc độ và thực hiện các pha chuyển làn với rất ít sự can thiệp từ con người. Trên những đoạn Autobahn không giới hạn tốc độ, phương tiện thậm chí đạt tới 180 km/h.
Dĩ nhiên, hệ thống vẫn tồn tại nhiều hạn chế. Do chủ yếu sử dụng camera đen trắng và các thuật toán xử lý hình ảnh tương đối đơn giản theo tiêu chuẩn ngày nay, xe gặp khó khăn tại các khu vực công trường với vạch kẻ tạm thời hoặc trong những tình huống phương tiện khác bất ngờ cắt ngang đầu xe. Tuy nhiên, đáng chú ý là nhiều thách thức mà nhóm nghiên cứu ghi nhận hơn 30 năm trước vẫn nằm trong số những bài toán khó nhất của ngành xe tự lái hiện nay.
Mỹ đi theo một hướng phát triển khác
Video dự án Navlab của Đại học Carnegie Mellon
Trong khi Châu Âu tập trung mạnh vào nghiên cứu thị giác máy tính và sự hợp tác giữa các hãng xe với các trường đại học, Mỹ lại phát triển xe tự lái theo một hướng khác. Phần lớn các nghiên cứu ban đầu đến từ các trường đại học, các chương trình được chính phủ hỗ trợ và sau đó là những dự án có nguồn gốc từ lĩnh vực quốc phòng.
Một trong những chương trình có ảnh hưởng lớn nhất là Navlab của Đại học Carnegie Mellon, bắt đầu từ thập niên 1980. Trong hơn một thập kỷ, nhóm nghiên cứu đã phát triển nhiều nguyên mẫu kết hợp camera, cảm biến và máy tính để hỗ trợ điều khiển phương tiện. Mục tiêu không chỉ là giúp xe đi đúng làn mà còn giúp nó hiểu môi trường phía trước và tự định hướng trong những điều kiện ngày càng phức tạp.
Màn trình diễn nổi tiếng nhất của Navlab đã diễn ra vào năm 1995 với dự án "No Hands Across America". Một chiếc Pontiac Trans Sport cải tiến đã hoàn thành hành trình xuyên nước Mỹ từ Pittsburgh đến San Diego, tương đương gần 5.000 km. Trong phần lớn quãng đường, hệ thống máy tính đảm nhận việc đánh lái, trong khi con người vẫn phụ trách chân ga và phanh. Trong khi chưa thể coi là tự lái hoàn toàn, dự án cho thấy việc điều hướng bằng máy tính trên những hành trình dài là hoàn toàn khả thi.
Cùng thời gian đó, chính phủ Mỹ cũng theo đuổi chương trình National Automated Highway System (Hệ thống Cao tốc Tự hành Quốc gia). Không giống cách tiếp cận dựa trên camera của Châu Âu, một phần của chương trình này tập trung vào ý tưởng rằng chính hạ tầng giao thông sẽ hỗ trợ phương tiện tự vận hành. Trong một cuộc trình diễn nổi tiếng năm 1997 tại San Diego, các phương tiện đã tự động chạy trên đoạn cao tốc được gắn hàng nghìn nam châm dưới mặt đường để hỗ trợ dẫn hướng.
Mặc dù chứng minh được tính khả thi về mặt kỹ thuật, nhưng mô hình này cũng cho thấy một thực tế rõ ràng: phát triển xe tự lái đã khó, nhưng cải tạo toàn bộ hệ thống đường sá còn khó khăn và tốn kém hơn nhiều. Cuối cùng, cách tiếp cận dựa trên hạ tầng không trở thành xu hướng chủ đạo, nhường chỗ cho các phương tiện có thể tự nhận biết môi trường bằng chính cảm biến của mình.
DARPA biến xe tự lái thành cuộc đua công nghệ
Video cuộc thi DARPA Grand Challenge 2005
Nếu có một tổ chức được xem là chất xúc tác cho ngành xe tự lái tại Mỹ, đó là Cơ quan Các dự án Nghiên cứu Quốc phòng Tiên tiến (DARPA). DARPA đã thử nghiệm các phương tiện tự hành từ thập niên 1980, nhưng đóng góp lớn nhất của tổ chức này đến từ loạt cuộc thi được tổ chức trong những năm 2000. Thay vì chỉ trình diễn các công nghệ trong phòng thí nghiệm, DARPA buộc các nhóm nghiên cứu phải giải quyết những bài toán thực tế trong môi trường vận hành thực.
Cuộc thi DARPA Grand Challenge đầu tiên diễn ra năm 2004 với yêu cầu các phương tiện tự hành hoàn thành hành trình dài 228 km xuyên sa mạc Mojave trong vòng 10 tiếng đồng hồ. Kết quả cho thấy công nghệ xe tự lái vẫn còn rất xa mục tiêu cuối cùng. Không một đội nào hoàn thành được chặng đua, và phần lớn các phương tiện đều gặp sự cố chỉ sau vài kilomet đầu tiên.
Tuy nhiên, thất bại này lại tạo động lực lớn cho giới nghiên cứu, và chỉ một năm sau, tình hình đã thay đổi đáng kể. Tại DARPA Grand Challenge 2005, có tới năm phương tiện hoàn thành toàn bộ lộ trình dài hơn 210 km. Chiếc Stanley của Đại học Stanford, phát triển từ Volkswagen Touareg và được trang bị camera, radar cùng LiDAR, giành chiến thắng chung cuộc.
Đây là cột mốc quan trọng bởi xe tự lái lần đầu tiên chứng minh được khả năng tự vận hành trên quãng đường dài trong môi trường phức tạp mà không cần con người can thiệp.
Sau đó, DARPA tiếp tục nâng độ khó vào năm 2007 với Urban Challenge. Thay vì sa mạc, các phương tiện phải hoạt động trong môi trường mô phỏng đô thị với giao lộ, biển báo, làn nhập dòng và các phương tiện khác cùng tham gia giao thông. Bài toán lúc này gần hơn rất nhiều với những gì xe tự lái hiện đại phải đối mặt.
Chiếc Chevrolet Tahoe cải tiến của Đại học Carnegie Mellon đã giành chiến thắng sau khi hoàn thành lộ trình và tuân thủ các quy tắc giao thông trong vòng 4 tiếng 10 phút với tốc độ trung bình 22 km/h. Nhìn lại ngày nay, nhiều phương tiện tham gia Urban Challenge đã mang dáng dấp của robotaxi hiện đại với các cụm cảm biến lớn trên nóc xe và hệ thống máy tính xử lý phức tạp.
Quan trọng hơn cả, DARPA đã tạo ra một thế hệ kỹ sư sau này trở thành lực lượng nòng cốt của ngành xe tự lái.
Thung lũng Silicon biến xe tự lái thành một ngành kinh doanh
Video xe tự lái Waymo
Cho dù công nghệ xe tự lái đã tồn tại từ nhiều thập kỷ trước, nhưng các công ty công nghệ đóng vai trò quan trọng trong việc biến lĩnh vực này thành một cơ hội kinh doanh thực sự. Google đã khởi động dự án xe tự lái vào năm 2009 và quy tụ nhiều kỹ sư từng tham gia các cuộc thi DARPA. Công ty tiếp cận bài toán theo hướng kết hợp LiDAR, radar, camera, GPS và bản đồ độ phân giải cao nhằm tạo ra phương tiện có thể tự vận hành trên đường công cộng.
Khác với nhiều chương trình nghiên cứu trước đó, Google không chỉ muốn chứng minh xe tự lái là khả thi. Mục tiêu của công ty là xây dựng một hệ thống vận tải có thể mở rộng quy mô trong tương lai. Chính cách tiếp cận này đã thu hút nguồn vốn đầu tư lớn và đưa xe tự lái trở thành chủ đề được công chúng quan tâm rộng rãi.
Các nguyên mẫu đầu tiên sử dụng Toyota Prius được cải tiến với hàng loạt cảm biến và máy tính. Sau đó, Google phát triển những mẫu xe thử nghiệm được thiết kế riêng cho mục đích tự hành. Dự án cuối cùng trở thành Waymo vào năm 2016 và giờ đây được xem là một trong những nhà vận hành robotaxi tiên tiến nhất thế giới.
Dịch vụ robotaxi thương mại của Waymo cho thấy xe tự lái có thể vượt ra khỏi phạm vi nghiên cứu. Tuy nhiên, nó cũng cho thấy việc triển khai trên quy mô lớn khó khăn đến mức nào. Cho tới nay, phần lớn hoạt động của Waymo vẫn tập trung tại một số khu vực được lập bản đồ và giám sát kỹ lưỡng.
Tesla phổ biến công nghệ nhưng đi theo con đường riêng
Video Tesla Full Self-Driving
Vai trò của Tesla trong lịch sử xe tự lái thực tế thường bị hiểu lầm. Không giống Waymo, Tesla không tập trung vào việc phát triển những phương tiện hoàn toàn không cần người lái. Thay vào đó, hãng xe điện này theo đuổi chiến lược từng bước đưa các tính năng tự động hóa lên xe thương mại bán cho khách hàng.
Hệ thống Autopilot ra mắt vào giữa thập niên 2010 kết hợp camera, radar và phần mềm để hỗ trợ đánh lái, tăng tốc và phanh trong một số điều kiện nhất định. Năm 2016, Tesla tuyên bố tất cả xe mới của hãng sẽ được trang bị phần cứng phục vụ cho khả năng "Full Self-Driving" trong tương lai.
Thông báo này thu hút sự chú ý lớn và góp phần tạo nên kỳ vọng rằng xe tự lái hoàn toàn sẽ sớm trở thành hiện thực. Tuy nhiên, việc phát triển một hệ thống đủ khả năng xử lý mọi tình huống giao thông phức tạp khó khăn hơn nhiều so với dự đoán của không ít người.
Phần mềm Full Self-Driving Beta bắt đầu được triển khai cho khách hàng từ năm 2020, nhưng đến nay vẫn yêu cầu người lái giám sát liên tục và chưa được công nhận là hệ thống tự lái hoàn toàn theo phần lớn khung pháp lý hiện hành. Nói đơn giản, người điều khiển vẫn phải chịu trách nhiệm cuối cùng đối với phương tiện.
Dù vậy, đóng góp của Tesla không thể bị xem nhẹ. Việc triển khai các hệ thống hỗ trợ lái tiên tiến trên hàng triệu xe thương mại giúp người dùng làm quen với công nghệ mới, đồng thời tạo ra lượng dữ liệu vận hành thực tế khổng lồ để phục vụ quá trình phát triển phần mềm.
Tuy nhiên, cách tiếp cận của Tesla khác biệt đáng kể so với Waymo. Trong khi Waymo phụ thuộc nhiều vào LiDAR và các khu vực hoạt động được kiểm soát kỹ lưỡng, Tesla theo đuổi triết lý dựa chủ yếu vào camera và thị giác máy tính với mục tiêu hoạt động trên phạm vi rộng hơn. Cuộc tranh luận về việc đâu là hướng đi hiệu quả hơn vẫn đang tiếp diễn và không ai biết trước hồi kết sẽ ở đâu.
Chặng đường cuối cùng vẫn là thử thách khó nhất
 |
Nhìn lại gần 50 năm phát triển, chúng ta có thể thấy xe tự lái không phải thành quả của một công ty hay một phát minh duy nhất. Công nghệ này được xây dựng từ những đóng góp của các trường đại học, cơ quan nghiên cứu, hãng xe, tổ chức chính phủ và công ty công nghệ trên khắp thế giới.
Chiếc xe dẫn hướng bằng camera của Nhật Bản trong thập niên 1970 đã chứng minh rằng máy móc có thể nhận biết đường đi thông qua hình ảnh. Dickmanns và các cộng sự tại Đức cho thấy thị giác máy tính có thể được áp dụng cho việc lái xe ở tốc độ cao. PROMETHEUS chứng minh xe có thể vận hành trong giao thông thực tế, trong khi các chương trình tại Mỹ thúc đẩy những bước tiến về khả năng tự hành đường dài. Sau đó, Thung lũng Silicon mang đến nguồn vốn, sức mạnh tính toán và động lực thương mại hóa để đưa công nghệ tiến gần hơn tới người dùng.
Tuy nhiên, bài toán cốt lõi gần như không thay đổi. Xe tự lái phải nhận biết được môi trường xung quanh, hiểu những gì nó đang quan sát và đưa ra quyết định an toàn trong một thế giới luôn thay đổi. Con người thực hiện điều này gần như theo bản năng, nhưng để một cỗ máy làm được điều tương tự trong mọi tình huống vẫn là thách thức cực lớn.
Các hệ thống tự động hiện đại rõ ràng đã tiến bộ vượt bậc so với những nguyên mẫu đầu tiên. Robotaxi đã chở khách tại không ít thành phố lớn trên thế giới, trong khi các hệ thống hỗ trợ lái tiên tiến có thể đảm nhận nhiều tác vụ thường ngày. Tuy nhiên, mục tiêu tạo ra một chiếc xe có thể tự vận hành an toàn trên mọi con đường, trong mọi điều kiện thời tiết và giao thông vẫn chưa hoàn toàn đạt được.
Lịch sử phát triển của ngành cho thấy tiến bộ sẽ tiếp tục diễn ra, nhưng đồng thời cũng nhắc nhở rằng xe tự lái luôn mất nhiều thời gian hơn so với những dự đoán lạc quan nhất. Sau gần nửa thế kỷ nghiên cứu, đích đến có thể đã ở gần hơn bao giờ hết, nhưng những bước cuối cùng hướng tới khả năng tự lái hoàn toàn có lẽ cũng là phần khó khăn nhất.
Duy Thành
Copy link
