Czym dojedziemy do nowego wspaniałego świata?

Czym dojedziemy do nowego wspaniałego świata?
Pamiętacie rysowane w wizjach science-fiction obrazy latających samochodów i zautomatyzowanych bolidów pasażerskich? Fantazje te wydają się teraz całkiem bliskie realizacji. Tylko, jak to zwykle bywa, nie wszystko chyba będzie wyglądało tak, jak się prezentowało w marzeniach.

Jeden z najchętniej obecnie cytowanych guru technologicznych, Elon Musk, uważa, że latające samochody nie przyjmą się, a ludzie za nic nie przywykną do pojazdów mknących nisko nad ich głowami. Z drugiej strony bez wątpienia technologia aerotaksówek i dronów pasażerskich czyni postępy. W projekty te mocno wierzą inni miliarderzy z Krzemowej Doliny, choćby kolega Muska, również miliarder, współzałożyciel Google’a, Larry Page, który zainwestować miał własnych 100 mln dolarów w projekty latających aut.

W drugiej części popularnego cyklu filmowego „Powrót do przyszłości”, którego akcja rozgrywała się w 2015 r., widzieliśmy śmigające po atmosferycznej autostradzie pojazdy samochodowe. Wizje latających aut częste były też w innych dziełach science-fiction, od „Jetsonów” po „Piąty element”.

Latające auta w filmie „Piąty element”
Latające auta w filmie „Piąty element”

Nie ma co owijać w bawełnę - główną przeszkodą dla powietrznej motoryzacji są względy bezpieczeństwa. W sytuacji, gdy w ruchu co do zasady dwuwymiarowym wydarzają się tysiące, jeśli nie miliony, wypadków rocznie i masowo giną ludzie, dodawanie trzeciego wymiaru wydaje się co najmniej nierozsądne.

Paul Moller, budowniczy pojazdu o nazwie M400 Skycar, jest zdania, że dopóki nie będziemy mówić o konstrukcjach pionowego startu i lądowania, nie mamy szans na „powietrzną” rewolucję w transporcie osobistym. On sam od lat 90. XX wieku pracuje nad takim mechanizmem, opartym na śmigłach. Ostatnio zainteresował się technologiami budowy dronów.

Latające taksówki w Dubaju

Do rozstrzygnięcia jest jeszcze jedna kwestia - czy chcemy pojazdów, które zarówno latają, jak jeżdżą normalnie po ulicach, czy też wehikułów wyłącznie latających? Bo jeśli to drugie, to oszczędzamy sobie wielu problemów technicznych, z którymi zmagają się konstruktorzy. Ponadto, zdaniem wielu ekspertów, dość oczywiste jest połączenie technologii samochodów latających z dynamicznie rozwijanymi obecnie systemami autonomicznej jazdy. A zatem latające - tak, ale raczej bez kierowcy. Takie jak EHang, najbardziej obecnie znane na świecie rozwiązanie.

Dron EHang

Mattar al-Tayer, szef Zarządu Dróg i Transportu Dubaju ogłosił, że w lipcu 2017 r. w przestrzeni powietrznej nad tym miastem będą testowane pasażerskie, autonomiczne chińskie drony EHang 184, które pokazywano po raz pierwszy na targach CES 2016. EHang może unieść maksymalnie ponadstukilogramową osobę na wysokość do 500 m. Dron ma zasięg 10 mil lub 23 minut lotu oraz wbudowany tryb autonomiczny. Kosztować może sporo, bo nawet ponad 200 tys. dolarów. Jak doniosły media, EHang został już dostrzeżony podczas lotu w okolicy dubajskiego wysokościowca Burj Al-Arab. Mattar al-Tayer potwierdził, że nie był to tylko model drona, a realny sprzęt, poddany testom.

Dubaj będzie więc prawdopodobnie pierwszym miastem, w którym pojawią się osobiste pojazdy powietrzne. Drugie w kolejce być może stanie się Las Vegas, gdzie wciąż czekają na potwierdzenie licencji od FAA (Federalnej Administracji Lotnictwa) w sprawie EHang 184.

Podczas dubajskich testów EHang 184 każdorazowo zabierze jedną osobę na wysokość do 3,5 km. Co najważniejsze, będzie to robił autonomicznie, w oparciu o wybrany przez użytkownika cel lotu oraz informacje przekazywane z naziemnej dyspozytorni. Bateria drona pozwala na pokonanie podczas pojedynczego kursu maksymalnie 50 km. Największa prędkość, jaką pojazd może osiągnąć, wynosi 160 km/godz., ale władze Dubaju twierdzą, że zazwyczaj będzie się on poruszał z szybkością 100 km/godz.

W kwietniu 2017 r. szejk Muhammad ibn Raszid Al Maktum, emir Dubaju, ogłosił, że chce, aby do 2030 r. 25% wszystkich pasażerskich kursów po tym mieście było realizowanych przez pojazdy autonomiczne. Wszystko wskazuje na to, że testy pasażerskich dronów są jednym z kroków w kierunku tego celu.

Siła połączonych dronów

EHang to jedno z wielu rozwiązań, nad którymi głowią się specjaliści. Po piętnastu latach prac izraelska firma technologiczna Urban Aeronautics optymistycznie ocenia szansę wprowadzenia na rynek do 2020 r. swego „latającego samochodu”, czyli pasażerskiego drona. Urządzenie, które nazwano Kormoran, waży 1,5 t, wielkością przypomina samochód osobowy, startuje i ląduje pionowo, a ma transportować pasażerów i ładunek o łącznej masie do 500 kg, lecąc z prędkością 185 km/godz.

Eksperci z Urban Aeronautics podkreślają, że ich dron mógłby być wykorzystywany np. do ewakuacji ludzi w sytuacjach zagrożenia. Zwracają też uwagę na różnorakie zastosowania militarne. Założyciel Urban Aeronautics, Rafi Yoeli, podkreślił, że taki dron ze śmigłami w obudowach, napędzany silnikiem turbowałowym, jest bezpieczniejszy niż helikopter, ponieważ może latać między budynkami i pod liniami wysokiego napięcia. W ramach prac nad tym dronem firma zarejestrowała już 39 patentów.

Volocopter w locie

Volocopter jest z kolei niemiecką maszyną, która na początkowym etapie wykorzystywała wiele połączonych ze sobą silników od tradycyjnych dronów. Projekt wsparty przez niemieckie instytucje i korporacje zmierza prostą drogą do masowej produkcji. Volocopter ma sprawdzić się we wszelkich pracach związanych z rolnictwem, takich jak m.in. nawożenie pola, ale także w krótkodystansowych podróżach pasażerskich.

 

Polski system unikania kolizji

Jak rozwiązać problem bezpieczeństwa w trójwymiarowej komunikacji powietrznej? W systemie całkowicie pozbawionym pilotów-kierowców wydaje się to niepozbawione szans. Nad odpowiednimi koncepcjami pracuje wiele ośrodków, w tym NASA.

My wspomnijmy o polskim pomyśle. Aerobits, startup naukowców z Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie, stworzył antykolizyjny system dla dronów. Rozwiązanie miałoby bazować na lotniczej technologii ADS-B (Automatic Dependent Surveillance - Broadcast) oraz GNSS (Global Navigation Satellite System), ważyć kilka gram, pobierać bardzo mało energii elektrycznej i mieć niewielkie wymiary, tak aby dało się je zamontować na dronie. System zaproponowany przez Aerobits jest obecnie najmniejszym na świecie rozwiązaniem, integrującym technologię ADS-B i GNSS. Podstawowa zasada działania jest bardzo prosta: wyznaczamy globalne położenie bezzałogowego statku powietrznego, a następnie położenie lub wysokość lotu załogowych statków powietrznych, które znajdują się w jego bezpośrednim otoczeniu. Wiedza ta pozwala na zdefiniowanie bezpiecznej przestrzeni operacyjnej dla drona.

 

Autonomiczna motoryzacja - testy i nauka

Szczerze trzeba jednak przyznać, że póki co bliższa wcieleniu w życie niż powietrzna wydaje się autonomiczna komunikacja naziemna. W ubiegłym roku autonomiczne taksówki firmy Uber zaczęły zabierać pasażerów w amerykańskim Pittsburgu. Wkrótce podobna usługa ma pojawić się w San Francisco, zaś ciężarówka bez kierowcy, pozyskana przez Uber od firmy Otto, dostarczyła do miejsca docelowego pierwszy ładunek - 50 tys. puszek napojów.

Według zapowiedzi Elona Muska, każdy model Tesli ma już w tym roku być autonomiczny na tzw. poziomie piątym, czyli być zdolny do samodzielnej jazdy bez jakiegokolwiek udziału kierowcy. Ważny w tym kontekście jest wyrok amerykańskiego sądu, który wiosną „uniewinnił” system kierowania pojazdem Tesli od winy za głośną w ubiegłym roku śmierć jednego z kierowców-pasażerów w wypadku.

Ford zapowiada własny autonomiczny wóz, który do 2021 r. udostępni chętnym do testowania. Podobne plany ma General Motors. Google stworzyło własną markę o nazwie Waymo, ale współpracuje również w rozwoju autonomicznych projektów z Chryslerem. W tym roku ma pojawić się półautonomiczny samochód Chrysler Pacifica.

Na ulice Lyonu wyjechały niedawno pierwsze na świecie elektryczne minibusy pasażerskie bez kierowców. Dwa pierwsze pojazdy wożą jednorazowo po piętnastu pasażerów przez centrum Lyonu, z niezbyt zawrotną jak na razie prędkością 20 km/godz. Na dziesięciominutowej trasie jest pięć przystanków. Minibusy firmy Navya są wyposażone w zaawansowane systemy, pozwalające im bezpiecznie unikać przeszkód - sensory laserowe i stereowizory, kierowane GPS-em. Każdy z nich kosztuje 200 tys. euro. Wcześniej bezzałogowe minibusy testowano już w kilku innych miastach Francji, m.in. w La Rochelle, a także w szwajcarskim Sionie, ale nigdy wcześniej z pasażerami.

Minibus Navya

Berlin testuje autonomiczne autobusy elektryczne od grudnia 2016 r. Prototyp autobusu Olli stworzył amerykański startup motoryzacyjny Local Motors. Olli jest już testowany w berlińskiej dzielnicy Schoeneberg. Ma poznać wszelkie utrudnienia i problemy, na jakie może natknąć się na trasie - nietypowe krawężniki, przejścia dla pieszych, nauczyć się reagować na rowerzystów i poznać wszystkie możliwe połączenia drogowe. Pojazd ma wbudowany system radarowy i skanery laserowe, które ostrzegają przed przeszkodami - stałymi i ruchomymi. System ma funkcję „samouczenia się”. Local Motors twierdzi, że pojazd jest stosunkowo tani, a 20% jego elementów powstało na drukarce 3D.

Zdaniem Johna Zimmera, pracującego m.in. dla Tesli i dla BMW, a potem założyciela firmy Lyft, autonomiczne samochody oznaczają nieodległy koniec posiadania własnych samochodów przez ludzi. Jest szansa, że w dużych miastach rozwiniętych krajów przełom ten dokona się niemal całkowicie już do 2025 r. Logiczną konsekwencją masowego wprowadzenia autonomicznego transportu ludzi i towarów będzie oddzielenie go od ruchu tradycyjnego, czyli aut prowadzonych przez człowieka. Z czasem zapewne obszar wydzielony dla ruchu nieautonomicznego będzie się zmniejszał, a jeżdżenie własnym autem stanie się ostatecznie luksusem dla najzamożniejszych.

Na razie jednak rządy wielu krajów przyglądają się tematyce autonomicznych pojazdów i wyrażają wątpliwości związane z ich rozwojem, zwłaszcza przed osiągnięciem pełnej automatyzacji jazdy. W opublikowanym kilka miesięcy temu raporcie „Science and Technology Committee”, brytyjskiej Izby Lordów, czytamy m.in. o ryzyku związanym z tzw. trzecim poziomem automatyzacji - czyli o sytuacji, w której pojazd może jechać samodzielnie np. na autostradach, lecz człowiek musi być zawsze gotowy na przejęcie nad nim kontroli. Brytyjscy prawodawcy obawiają się, że może to uśpić czujność kierowcy-człowieka i opóźnić jego reakcje.

 

Superkolej

A co z innymi komunikacyjnymi cudami wspaniałego świata przyszłości? Superszybkimi pociągami, nowymi rodzajami samolotów pasażerskich i nowymi typami transportu morskiego?

Jeszcze w 2014 r. na Południowo-Zachodnim Uniwersytecie Jiao Tong w Chinach przeprowadzono pierwsze udane testy nowego systemu super-maglev, który - jak chcą jego twórcy - będzie w dalszej przyszłości poruszał się z prędkością niemal 2900 km/godz. Obecnie rekord prędkości maglev (wynalezionej kilka dekad temu kolei magnetycznej) należy do japońskiej konstrukcji, która na testowym odcinku w Yamanashi, na zachód od Tokio, osiągnęła w 2015 r. 603 km/godz.. Najszybszy regularnie kursujący maglev jeździ w Szanghaju z szybkością 431 km/godz..

Projektowany przez Chińczyków super-maglev ma jednak mknąć znacznie szybciej. Twórcy projektu założyli, że będzie się on poruszał w zamkniętej tubie, czyli zupełnie jak w innym futurystycznym projekcie kolejowym - Hyperloop, Elona Muska. Okazuje się bowiem, że gdy prędkość przekracza 400 km/godz., aż 83% energii jest marnowane na pokonywanie oporów powietrza. Ponadto dziób pociągu generuje wówczas hałas przekraczający 90 decybeli, podczas gdy dopuszczalne standardy mówią o granicy 75 decybeli. Zdaniem Chińczyków, jedynym sposobem na pokonanie tych ograniczeń jest zamknięcie pociągu w tubie, w której ciśnienie zostanie obniżone dziesięciokrotnie w stosunku do ciśnienia na poziomie morza.

Szef programu rozwoju kolei dużych prędkości w Chinach, Ji Limin, powiedział, że próbny tor, który zostanie zbudowany w pobliżu miasta Qingdao (prowincja Shandong), będzie miał długość co najmniej 5 km i ma służyć do testów pociągów prędkości 600 km/godz. Tam też w przyszłości ma powstać pierwsza komercyjna linia w Chinach kontynentalnych.

Obecnie na świecie komercyjnie funkcjonują tylko dwie linie maglevu. Pierwsza, w Szanghaju, łączy centrum i port lotniczy Shanghai Pudong. Powstała w 2003 r., liczy 30 km, oparta jest na technologii niemieckiej i rozwija prędkość do 430 km/godz. Druga działa niedaleko Nagoi. Ma długość 8,9 km, a zbudowano ją w 2005 r., na potrzeby wystawy EXPO 2005. W użyciu są dwie technologie: japońska - elektrodynamicznego unoszenia przez odpychanie (maglev, z ang. magnetic levitation, tj. lewitacja magnetyczna), oraz niemiecka - unoszenia przez przyciąganie (transrapid).

 

Świat kapsuł i modułów

Niedawno, podczas targów Geneva International Motor Show, firmy Italdesign i Airbus przedstawiły koncepcję Pop.Up

Pop.Up – wizualizacja

, pierwszego modularnego, w pełni elektrycznego, bezemisyjnego systemu transportowego, który ma ograniczyć wzmożony ruch na drogach w zatłoczonych miastach. Pop.Up to wizja transportu multimodalnego, który w pełni wykorzystuje zarówno przestrzeń naziemną, jak i powietrzną. Łączy więc oba możliwe sposoby poruszania się po mieście w jednym modułowym systemie.

 

Kluczowym elementem projektu jest kapsuła pasażerska. Ten samonośny kokon z włókna węglowego ma 2,6 m długości, 1,4 m wysokości i 1,5 m szerokości. W razie potrzeby kapsuła zmienia się w miejski samochód - po prostu łącząc się z modułem naziemnym, który ma podwozie z włókna węglowego i jest zasilany akumulatorowo. Podczas przebijania się przez zatłoczone miasto kapsuła może odłączyć się od modułu naziemnego i ruszyć do lotu, przenoszona przez moduł powietrzny o wymiarach 5 x 4,4 m, napędzany ośmioma przeciwbieżnymi wirnikami. Kiedy pasażerowie dotrą do celu, moduły powietrzne i naziemne wraz z kapsułą autonomicznie wracają do specjalnych stacji ładowania, gdzie czekają na następnych klientów.

Politechnika Federalna w Lozannie przedstawiła kilka miesięcy temu swoją wizję transportu przyszłości, nazwaną Clip-Air. Jest to zespół maszyn składający się z komponentu latającego (płatowca, kabiny i silników) oraz kapsuł, które są zdejmowane i mogą być konfigurowane odpowiednio do przewozu osób lub ładunków. Stworzy to możliwość przenoszenia jednocześnie dużej ilości towarów i wielu pasażerów (w komfortowych warunkach), co wiąże się z oszczędnością paliwa i czasu. Kapsuły będą mogły być także odpinane w jednym miejscu i przepinane, np. do wagonów kolejowych. Umożliwiłoby to podróżowanie bez przesiadek na trasach, na których obecnie jest to niewykonalne. Jak łatwo zauważyć, to również koncepcja transportu modułowego, tylko na nieco większą skalę.

Na podobnym pomyśle modułowym oparto projekt kabiny pasażerskiej w samolocie rejsowym. W razie kłopotów odłączałaby się od reszty konstrukcji i bezpiecznie opadała na spadochronach na powierzchnię. Tego rodzaju rozwiązanie na pewno niejednej osobie przynajmniej raz w życiu przyszło do głowy, ale ukraiński inżynier Władimir Tatarenko przedstawił taki system już jako sprecyzowaną wizję. W jego zamyśle kabina pasażerska jest, jak sam to nazywa, „kontenerem”, który da się w dowolnym momencie odłączyć od samolotu. „Kontener” lądować może zarówno na lądzie, jak i na wodzie, gdyż do konstrukcji dołączane mają być pompowane powietrzem zbiorniki, dzięki którym kabina nie zatonie. W reakcji na pomysł Tatarenki oprócz pozytywnych pojawiło się jednak wiele komentarzy sceptycznych - np. pytania o zwartość tego rodzaju konstrukcji samolotu, albo o los załogi w razie odłączenia kabiny pasażerskiej...

Wizualizacja projektu Clip-Air

 

Statek popłynie sam…

Była mowa o tym, co w powietrzu, na ziemi i pod ziemią. Na koniec warto wspomnieć o nowych pomysłach i wizjach transportu morskiego. Firma Rolls-Royce zapowiedziała, że najpóźniej w 2020 r. w użyciu będą już pierwsze komercyjne, zdalnie sterowane statki kontenerowe, pozbawione załogi i kierowane przez operatora przebywającego na lądzie. Projekt nosi nazwę AAWA - Advanced Autonomous Waterborne Applications.

Royce wraz z VTT i pracownikami Uniwersytetu Aalto opracowali mostek kapitański nowego typu (Future Operator Experience Concept), który w przeciwieństwie do okrętu przemierzającego morza i oceany, znajdowałby się na lądzie. Przebywający w nim operator miałby pełny wgląd w to, co się dzieje na statku i dookoła niego, a to dzięki systemowi kamer - także takich, które rejestrują obraz w zakresie 360 stopni.

Według Rolls-Royce'a statki w pełni autonomiczne lub zdalnie sterowane zwiększyłyby bezpieczeństwo ludzi - nie potrzebują przecież załogi. Spowodowałoby to obniżkę ubezpieczeń i podwyższyło opłacalność morskiego transportu. Miejsce przeznaczone na ludzkie kwatery można by przerobić na ładownie - sama konstrukcja nie musiałaby w ogóle uwzględniać obecności ludzi. Tego rodzaju autonomiczne jednostki bez załogi byłyby również odporne na ataki piratów.

Eksperci sądzą jednak, że zredukowanie lub wręcz całkowite wyeliminowanie ludzkich załóg niesie inne zagrożenia. W jaki sposób radzić sobie z awariami na morzu, skoro na pokładzie nie ma żadnego człowieka? Kto odpowiada za problemy techniczne i ewentualne katastrofy? Czy operatorzy na lądzie będą wystarczająco zdyscyplinowani, aby przez wiele tygodni dowodzić statkiem lub kontrolować poczynania komputera? Co z atakami hakerów lub awariami łączności, które spowodują zakłócenia w przesyłaniu komend na statek?

 

Przyszłość za rogiem

Wszystkie opisane wyżej technologie transportowe mają mniej lub bardziej przyszłościowy charakter, ale łączy je jedno - są w nie na serio zaangażowane duże firmy, instytucje i rządy. Dlatego należy patrzeć na nie jako realne zapowiedzi tego, co będzie działo się na rynku komunikacji pasażerskiej i towarowej w ciągu najbliższych kilku dekad.

Ciąg dalszy TEMATY NUMERU przeczytasz w najnowszym wydaniu miesięcznika "Młody Technik".