Paardrijden op de snelweg

Uit het dodelijke ongeluk met een Tesla deze week bleek hoe gevaarlijk het is om een zelfrijdende auto los te laten in het verkeer. In de toekomst doen we het anders: we besturen onze auto’s alsof we paardrijden.

Foto Jasper Juinen/Bloomberg

Iets harder dan me lief is, rijdt de auto over een bochtige provinciale weg. Toch valt het sturen alles mee. Voor elke bocht voel je de auto zelf lichtjes insturen en hoewel die soms angstwekkend dichtbij komt ga ik geen enkele keer over de doorlopende witte streep die het asfalt scheidt van de groene berm.

„Probeer maar eens een bocht af te snijden”, zegt David Abbink, directeur van het Delft Haptics Lab van de TU Delft. Ik stuur naar links, maar als ik over mijn eigen weghelft heen wil gaan, voel ik tegendruk op het stuur. Alsof de auto het niet vertrouwt en me wil behoeden voor een fatale inhaalmanoeuvre. Door wat meer aan het stuur te trekken, lukt het me toch om op de andere weghelft te komen, maar de boodschap is duidelijk: deze auto stuurt mee en laat dat merken ook.

De auto waar ik in rij is een simulator en het landschap waar ik doorheen rij is gemaakt door de computer, inclusief de wel heel erg treurige treurwilgen in het weiland. Op de plaats van de bijrijder is een cockpitstoel gemonteerd met een stuurknuppel, die net als het stuur van de auto tegenkracht biedt. Samen met collega’s van de Faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek doet universitair hoofddocent David Abbink, hier onderzoek naar een meer intuïtieve interactie tussen mens en machine, in dit geval dus tussen mens en auto.

Die interactie is gebaseerd op verschillende soorten terugkoppeling. Duurdere merken auto’s bijvoorbeeld zijn steeds vaker uitgerust met een systeem dat continu in de gaten houdt of de auto tussen de witte lijnen blijft. Wijkt hij af, bijvoorbeeld door onoplettendheid van de bestuurder, dan klinkt er een piepje en verschijnt er een waarschuwing op het scherm. Bij sommige nieuwe modellen van onder meer Volkswagen stuurt de auto zelf ook een beetje bij terwijl hij een visuele en auditieve waarschuwing geeft.

Het stuurwiel dat tegenkracht biedt, als je iets doet dat de auto onverstandig vindt, is een voorbeeld van haptische terugkoppeling, in het Engels ook wel ‘force feedback’ genoemd. Daarbij communiceert het systeem met de gebruiker door het uitoefenen van kracht. Abbink: „Haptische terugkoppeling is veel effectiever dan een piepje of een waarschuwingslampje. De reden is dat je gebruik maakt van je reflexen, zoals bij lopen of fietsen. Je rijdt letterlijk op je ruggenmerg. Bij het rijden is dat een voordeel, omdat je reactietijd ergens tussen 25 en 40 milliseconden ligt. Als je moet reageren op een waarschuwingslampje of een pieptoon is de reactietijd op zijn best 200 milliseconden, maar bij de meeste mensen eerder 500 tot 1000 milliseconden.”

Haptisch gaspedaal

Eerder al, tijdens zijn promotie, ontwikkelde Abbink in samenwerking met Nissan een haptisch gaspedaal. De ingebouwde radar meet continu de afstand tot je voorligger en als die te klein wordt, kost het meer moeite om het gaspedaal ingetrapt te houden. Het haptisch gaspedaal wordt nu ingebouwd in diverse modellen van verschillende merken en wordt ook gebruikt om zuiniger te rijden. Het stuurwiel met haptische terugkoppeling is nog in de experimentele fase.

Zowel het stuurwiel als het gaspedaal met haptische terugkoppeling vormt onderdeel van een vorm van automatisch rijden, die wordt aangeduid als shared control: mens en machine besturen de auto samen, waarbij de mens eindverantwoordelijk blijft. Dat laatste is ook het geval – al is het alleen maar vanwege de juridisch aansprakelijkheid – bij de verregaand geautomatiseerde voertuigen, die nu worden ontwikkeld door Alphabet (voorheen Google) en Tesla. „Daarbij moet je je ook realiseren”, aldus Abbink, „dat zelfrijdende auto’s niet zelf rijden, maar in de gaten moeten worden gehouden. We noemen dat traded control: de machine bestuurt en de mens fungeert als back up.”

‘Traded control’ komt oorspronkelijk uit de luchtvaart. De automatische piloot bestuurt het vliegtuig en kan het zelfs automatisch laten landen en opstijgen, maar als er iets onverwachts gebeurt moet de menselijke piloot het in een fractie van een seconde overnemen. Piloten worden daar jaren in getraind, worden regelmatig getest in een flight simulator en zitten altijd met zijn tweeën in de cockpit. Abbink: „En dan nog gaat het wel eens mis. Dat komt omdat we als mens niet zijn ingesteld om te functioneren als back-up voor een machine. Handsfree betekent niet mindfree. Je moet er bijblijven en dat is erg lastig als je verder niets te doen hebt.”

Het overplanten van de automatische piloot uit de luchtvaart naar het wegverkeer is dan ook vragen om problemen met bestuurders in allerlei soorten en maten die na een training van twintig tot dertig uur in de auto stappen. Het alternatief, een volledig autonome auto zonder stuur en gaspedaal, waarin je zonder risico een kaartje kunt leggen of je e-mail checken, is ook voorlopig een brug te ver, zeker in het chaotische stadsverkeer. Abbink: „In een gestructureerde omgeving, zoals een assemblagelijn voor auto’s, kan een robot prima uit de voeten. Maar hij kan niet omgaan met onvoorspelbaarheid, in dit geval het gedrag van zijn medeweggebruikers. Autonome voertuigen zijn daarom alleen geschikt voor ‘people movers’ in een gecontroleerde omgeving, zoals een campus of een vliegveld.”

Paardenmetafoor

De tekortkomingen van zowel mens en machine dwingen beiden dus tot samenwerking, ‘shared control’. Zo’n twintig jaar geleden heeft de Duitse onderzoeker Frank Flemisch, met wie Abbink nauw samenwerkt, daar de paardenmetafoor voor bedacht, internationaal bekend als de H(van ‘horse’)-metafoor. Flemisch is hoogleraar Systeemergonomie aan de Technische Universiteit (RWTH) in Aken en hoofd Human Systems Integration bij het Fraunhofer Instituut in Wachtberg. Via Skype vertelt hij: „Een paard is geen willoos werktuig in de handen van de ruiter maar reageert ook op signalen uit zijn omgeving en koppelt die terug naar de ruiter. Ze delen de bestuurstaak, maar de ruiter is eindverantwoordelijk.”

‘Shared control’ vraagt om inzicht in elkaars mogelijkheden en beperkingen. Ruiter en paard moeten elkaar leren kennen en leren vertrouwen. Flemisch vertelt dat hij indertijd paardrijles heeft genomen om te ervaren wat paardrijden nu echt inhield. Om zijn paardenmetafoor te testen probeerde hij een keer om met hoge snelheid op een muur af te rijden. „Mijn paard ging steeds langzamer lopen. Op een gegeven moment stopte het, draaide zijn hoofd naar me toe met zo’n blik van ‘Waar ben je nou mee bezig?’.”

Met een VIDI-beurs van NWO werkt Abbink momenteel aan de ontwikkeling van symbiotisch rijden, waarbij auto en bestuurder dynamisch van elkaar leren, zoals ruiter en paard dat ook doen. „Via de krachten stuuracties proberen we iemands rijstijl in kaart te brengen: de snelheid waarmee hij een bocht neemt of iemand inhaalt, zijn manier van remmen en gas geven. Dat wordt vastgelegd een model van zijn rijstijl. Op deze manier weet de auto hoe de bestuurder rijdt en hoe hij daarop kan anticiperen. Een agressieve rijder krijgt andere feedback dan een slome rijder bijvoorbeeld bij het insturen van een bocht of bij het inhalen.”

Tijdens het rijden wordt ook allerlei informatie uit de omgeving opgenomen en visueel, auditief en haptisch teruggekoppeld naar de bestuurder.

De auto checkt ook regelmatig of de bestuurder bij de les is. Een camera houdt bijvoorbeeld in de gaten of de bestuurder zijn ogen op de weg heeft. Is dat langdurig niet het geval, dan klinkt er niet alleen een waarschuwing, maar gaat de auto ook eerder afremmen als er een noodstop dreigt. Of hij de bestuurder dan ook verwijtend aankijkt, zoals indertijd zijn paard, is eigenlijk wel een interessante optie, denkt Flemisch.