Công nghệ bản sao số thúc đẩy tương lai của xe tự lái

Trên đường chạy thử mô phỏng tương lai: Điều chỉnh ghế. Xong. Thắt dây an toàn. Xong. Khởi động xe. Xong. Hãy bám chắc; bạn đang trong chuyến đi độc nhất vô nhị, khi chiếc xe tự lái của bạn tăng tốc từ không lên 192,2 dặm một giờ - tốc độ kỷ lục hiện nay của xe tự lái.

Hành trình chiếc xe tự lái của bạn di chuyển trên vòng chạy đầy phấn khích trên, với mỗi lần giảm tốc để chuyển hướng hay quay đầu, chứa đầy rủi ro. Tuy nhiên, mọi thay đổi trong kịch bản lái xe trên đường chạy thử này đều đã được xem xét, mọi biến số đều được đo lường nhiều lần bằng những phương pháp đáng tin cậy. Dù không lái xe, nhưng bạn đang thực hiện một sứ mệnh lớn hơn của lần chạy thử này: huấn luyện thuật toán tự lái của chiếc xe sao cho nó luôn ra được quyết định tối ưu, không phạm lỗi nghiêm trọng nào trong suốt quá trình.

Ảnh minh họa.

Trong thế giới thực, nơi gần như mọi biến số liên quan đến xe tự lái là không thể dự báo, điều này tưởng như không thể, và tai nạn xảy ra trên các đường chạy thử chắc chắn sẽ xảy ra. Tuy nhiên, công nghệ bản sao số đang hiện thực hóa các loại hình kịch bản lý tưởng này trong các môi trường kiểm thử số ngày nay.

Trong khi khái niệm đo kiểm lặp lại từng biến số của một chiếc xe tự lái vẫn đang được hình thành, chúng ta đang nhích gần hơn tới mô hình này với từng tiến bộ mới trong việc giả lập ô tô. Các nhà sản xuất ô tô ngày càng sử dụng nhiều sự trợ giúp của các bản sao số để kiểm thử và đo lường chính xác các linh kiện và tính năng cụ thể của ô tô trước khi đưa vào sử dụng thực tế, đồng thời rút ngắn thời gian, nâng cao tính an toàn và hiệu quả giá thành của quá trình đưa đổi mới sáng tạo vào thị trường.

Các digital twin là đại diện kỹ thuật số của dữ liệu theo thời gian thực và trợ giúp xây dựng các mô hình dự báo, giúp xác định xác suất thành công của các sản phẩm nguyên mẫu vật lý.

Theo báo cáo mới nhất của công ty nghiên cứu thị trường Future Market Insights, thị trường công nghệ bản sao số toàn cầu, với trị giá hiện nay lên tới 9,5 tỷ USD, được dự kiến sẽ tăng với tốc độ tăng trưởng gộp hàng năm 22,6% để đạt giá trị 77,65 tỷ USD vào năm 2032. Nhiều ngành nghề khác nhau, từ y tế, viễn thông đến bất động sản và bán lẻ đang nhờ tới sự trợ giúp của các bản sao song sinh số, tuy nhiên với 15% thị phần, ô tô và giao thông vận tải là ngành đang chiếm thị phần bản sao số lớn nhất.

Renee Morad, Giám đốc tiếp thị Các giải pháp phương tiện vận tải tự lái, Keysight Technologies.

Trong ngành ô tô, nhu cầu về công nghệ bản sao số xuất phát từ việc sử dụng ngày càng nhiều mô phỏng, thiết kế, bảo dưỡng sửa chữa đại tu (MRO), sản xuất và xử lý xe sau tai nạn. Theo báo cáo trên, công nghệ này thúc đẩy mọi hoạt động, từ đo kiểm các kịch bản an toàn phức tạp cho xe tự lái cho tới đánh giá tầm quan trọng của việc bảo trì các linh kiện động cơ xe đua có rủi ro hư hỏng hoặc hao mòn cao.

Các nhà sản xuất ô tô giờ đây có thể sử dụng công nghệ bản sao số để phát huy khai thác lượng dữ liệu khổng lồ trong phòng thí nghiệm, thu thập được từ quá trình đo kiểm xe tự lái để xây dựng những mô phỏng phức tạp. Những mô phỏng này cho phép các nhà phát triển sản phẩm tìm hiểu sâu hơn về việc trí tuệ nhân tạo (AI) trong xe tự lái sẽ phản hồi như thế nào trước các tình huống ngoài dự báo, chẳng hạn các điều kiện thời tiết như mưa đá, tuyết rơi hoặc tắc nghẽn giao thông.

Ngoài ra, các nhà phát triển sản phẩm còn có thể tăng tốc lập trình nhiều bài đo chức năng. Ví dụ, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng bản sao số để mô phỏng thử nghiệm va chạm nhanh hơn và an toàn hơn.

Xe tự lái, về cơ bản, là những robot vận hành trong thế giới thực. Các bản sao số là những môi trường số mà con người có thể xây dựng, điều khiển và kiểm soát để huấn luyện những phương tiện vận chuyển tự hành này vận hành an toàn trong thế giới ảo, trước khi tích hợp trí tuệ của chúng vào các kịch bản thực tế, nơi chúng sẽ phải tương tác với các sự kiện và hành vi mang tính tự phát của con người.

Các nhà sản xuất ô tô ngày nay ứng dụng các bản sao số để kiểm thử mọi tính năng của ô tô, từ radar và C-V2X cho tới mạng và an ninh mạng trong xe. Bằng cách tích hợp nhiều bản sao số, họ có thể xây dựng một nền tảng đo kiểm toàn diện, trong đó họ có thể huấn luyện thuật toán tự lái để xe có thể nhìn thấy và phản ứng chính xác với môi trường phức tạp và thường xuyên biến động xung quanh.

Chẳng hạn, giải pháp giả lập Radar Scene Emulator của Keysight có thể giả lập đầy đủ hiện trường với 512 đối tượng, với khoảng cách gần nhất chỉ 1,5 mét. Bằng cách cho phép các bộ cảm biến radar có thể quan sát tốt hơn với ảnh trường liên tục rộng hơn, giải pháp này sẽ cải thiện việc huấn luyện thuật toán để phát hiện và phân biệt nhiều đối tượng trong các kịch bản phức tạp với mật độ cao. Sau đó, các nhà sản xuất ô tô có thể giả lập trong phòng thí nghiệm các kịch bản lái xe thực tế với những thay đổi về mật độ lưu lượng, tốc độ, khoảng cách, số lượng đối tượng, mở rộng phạm vi kiểm thử từ các kịch bản phổ thông tới các kịch bản hiếm gặp, đồng thời giảm thiểu rủi ro.  

Các nhà thiết kế sử dụng bản sao số để lập mô hình các bộ cảm biến, đo kiểm chúng trong phòng thí nghiệm theo những kịch bản thực tế, khám phá những thiết kế và những tổ hợp cảm biến mới. 

Ngoài ra, các bản sao số được sử dụng để lập mô hình mạng trong xe của ô tô để đo kiểm băng thông mạng và tốc độ dữ liệu, rút ngắn thời gian đáp ứng. Đối với đo kiểm an ninh mạng, các nhà sản xuất ô tô sử dụng các bản sao số để đo kiểm tất cả các điểm truy cập trong một môi trường thiết kế để tạo dựng một bức tranh rõ ràng hơn về mức độ an toàn thực tế của xe, đồng thời loại bỏ các mối đe dọa về an toàn.

Tuy nhiên, việc sử dụng các bản sao số trong phát triển sản phẩm ô tô cũng hàm chứa một số rủi ro. Về cơ bản, giả lập không thể đại diện đầy đủ thế giới thực, tuy nhiên, nếu bổ sung thêm nhiễu hay áp lực vào một môi trường đo kiểm, bản sao số có thể trở nên khá tương đồng với các kịch bản thực tế. Ngược lại, vì các biến số không hoàn toàn ngẫu nhiên nên các nhà phát triển sản phẩm có thể kiểm soát và điều khiển các biến này, nâng cao xác suất đạt kết quả đúng nhanh hơn và giảm thiểu tốn kém do phải làm lại và thời gian trễ.

Điều đó có ý nghĩa như thế nào đối với tương lai của đổi mới sáng tạo trong ngành ô tô? Hãy cùng nhắc lại điều chúng ta đã nói: chúng ta đang trên chuyến đi độc nhất vô nhị. Khi đưa những con đường vào phòng thí nghiệm, ngành công nghiệp ô tô đang thay đổi tư duy sáng tạo - và các bản sao số là những lực lượng, dù thầm lặng nhưng mạnh mẽ, đang giúp cho những khả năng này trở nên khả thi từ phía sau sân khấu.

Tác giả: Renee Morad, Giám đốc tiếp thị Các giải pháp phương tiện vận tải tự lái, Keysight Technologies.

Theo tạp chí Điện tử & Ứng dụng