‘Ngược sóng’ cả ngành xe điện, tại sao Tesla kiên quyết loại bỏ cảm biến radar, lý do hóa ra không chỉ vì tiền

Tesla AI Day, một sự kiện do Elon Musk và công ty của ông khởi xướng, dù mới chỉ được tổ chức hai lần nhưng đã nhanh chóng được trông đợi là sự kiện lớn nhất trong lĩnh vực lái xe tự hành toàn thế giới. Bởi đơn giản, đây đã trở thành nơi trình diễn các công nghệ và sản phẩm mới nhất trong ngành, đặc biệt là từ gã khổng lồ xe điện Tesla.

Năm ngoái, các từ khóa của AI Day là Bird’s Eye View và Hydranet. Năm nay, nó là khái niệm Occupancy Network hay có thể tạm gọi là Mạng chiếm dụng. Đây là một thuật toán hoàn toàn mới, dựa trên ý tưởng lập bản đồ lưới về tỉ lệ chiếm dụng. Nó có thể cho biết liệu một ô trong không gian 3D có bị chiếm dụng hay không.

Nhưng dù sử dụng thuật ngữ nào, nó cũng chứng tỏ một điều, đó là sự kiên định của Tesla đối với lộ trình xây dựng hệ thống tự lái dựa trên hình ảnh thuần túy.

Và khi kiến trúc mạng nơ-ron AI ngày càng trở nên hoàn thiện hơn, cũng như việc đưa siêu máy tính DOJO vào vận hành, Tesla kỳ vọng có thể đạt được sự “đơn giản hóa” trong việc xây dựng phần cứng đồng thời có thể khiến hệ thống của mình sở hữu tầm nhìn thuần túy 100%. Và đây cũng là lý do Elon Musk còn được biết đến với biệt danh “sát thủ radar”, khi dần loại bỏ tất cả các loại cảm biến radar khỏi sản phẩm của mình.

Về mặt kỹ thuật, ngành công nghiệp xe hơi tự lái hiện được chia thành hai loại: hệ thống dựa trên tầm nhìn và hệ thống dựa trên LiDAR (sử dụng các cảm biến radar).

Năm 2018, Musk đã chế giễu lidar là “ngu ngốc” khi sử dụng nó cho việc lái xe tự hành. Một năm sau, 2019, Musk nhấn mạnh lại rằng “những người dựa vào lidar sẽ thất bại”. Vào năm 2020, khi hãng xe điện Xiaopeng ra mắt mẫu xe P5 tích hợp công nghệ lidar, ông chủ Tesla thậm chí đã cãi lộn trên Twitter với người sáng lập công ty xe điện Trung Quốc này.

Tới năm 2021, Tesla đã trở nên quyết liệt hơn, khi ra thông báo sẽ loại bỏ các cảm biến radar sóng milimet trên các mẫu xe Model 3 và Model Y mới được sản xuất tại thị trường Bắc Mỹ. Điều này đã gây ra rất nhiều tranh cãi trong ngành.

Bởi có một câu hỏi đặt ra là, khi toàn bộ ngành công nghiệp đang cố gắng đưa ngày càng nhiều hệ thống radar mạnh mẽ hơn vào ô tô để đảm bảo chúng sở hữu đa cảm biến, giúp cho việc lái xe tự động dễ dàng hơn thì tại sao Tesla lại nhất quyết không sử dụng bất kỳ cảm biến radar nào. Liệu vấn đề có phải chỉ là để tiết kiệm chi phí?

Trong bài viết này, chúng ta hãy cùng đi tìm đáp án cho việc: Tại sao Tesla từ bỏ radar? Động lực phía sau hành động này là gì? Và có còn cơ hội để các cảm biến radar quay trở lại xe Tesla không?

Lý do tại sao Tesla từ bỏ các cảm biến radar không quá phức tạp, câu trả lời đã được các chuyên gia gói gọn lại trong hai vấn đề. Đó là do hiệu suất và giá linh kiện quá cao. Hai từ khóa cho vấn đề này là “signal-to-noise ratio” (Tỉ số tín hiệu cực đại trên nhiễu) và giá thành.

Đầu tiên, radar sóng milimet được Tesla cắt bỏ trên các sản phẩm của hãng có tỷ lệ tín hiệu cực đại trên nhiễu quá thấp. Nguyên lý hoạt động của radar sóng milimet rất đơn giản, nó truyền sóng vô tuyến ra ngoài, nhận phản hồi dội lại, sau đó đo khoảng cách và tốc độ theo thời gian lệch pha của sóng.

Nhưng vấn đề là cảm biến radar sóng milimet gắn trên các xe điện hiện nay thường có độ chính xác thấp, thiếu khả năng đo chiều cao và thường mang tới nhiều tín hiệu nhiễu lộn xộn trong toàn bộ quá trình vận hành. Điều này dẫn đến việc các đối tượng thường xuất hiện như một điểm duy nhất trong kết quả thu về, hoặc có thể là không có điểm nào, hoặc có thể là quá nhiều điểm do bị nhiễu. Điều đó khiến hệ thống xử lý rất khó khăn trong việc phân biệt hình dạng và chủng loại của chướng ngại vật.

Điều này giống như việc bạn bắt một người đang bị bịt mắt chỉ được dùng một ngón tay để dò dẫm và phán đoán tính chất của đồ vật trước mặt. Hiệu quả có thể tưởng tượng được là rất thấp.

Tất nhiên, ngành công nghiệp xe hơi đã nhận biết vấn đề này từ lâu. Hầu hết việc sử dụng radar sóng milimet hiện nay dựa trên việc “tìm ưu, tránh nhược”, tức là chỉ nhằm thu lấy khả năng theo dõi của nó đối với các đối tượng động.

Tuy nhiên, khi đó các vật thể tĩnh lại trở thành một cơn ác mộng mà các cảm biến radar không thể vượt qua. Để ngăn radar sóng milimet coi một loạt các vật thể tĩnh khác nhau như nắp cống hay cầu vượt là chướng ngại vật, về cơ bản các hãng xe sẽ hạn chế một phần các tín hiệu phát hiện của hệ thống đối với các vật thể đứng yên. Điều này nhằm tránh tình trạng “phanh ma”, tức là hệ thống tự kích hoạt phanh dù không có chướng ngại vật.

Do đó, trên kết quả nhận diện của hệ thống radar sóng milimet, một thế giới thực đầy phức tạp thường được thu gọn thành một mặt phẳng chỉ có một vài điểm như bức ảnh dưới đây.

Hơn nữa, các cảm biến radar sóng milimet mà Tesla từng sử dụng là ARS 410 được hãng Continental Automotive tung ra vào năm 2016. Dù là mẫu sản phẩm cấp cao, nhưng hiệu suất hoạt động của nó về cơ bản là đã lỗi thời. Trong tiêu chuẩn kỹ thuật của Tesla, tín hiệu phát hiện của radar sóng milimet thường trở thành tín hiệu “nhiễu” trong hệ thống xử lý nhận thức của xe, làm “ô nhiễm” các dữ liệu hình ảnh, gây ra sai lệch cho các cảm biến khác và có thể làm gia tăng các tình huống bất ngờ.

Với góc nhìn này, việc Tesla quyết định cắt bỏ thêm cả các cảm biến radar sóng siêu âm trong năm nay lại càng hợp lý. Trước đó, các mẫu xe của Tesla thường có tới 12 cảm biến siêu âm được đặt ở phía trước và sau xe, phục vụ cho các tính năng liên quan tới đỗ xe và các tính năng cần xác định chướng ngại vật ở khoảng cách gần khi đi trên đường.

Nếu so sánh, ở một mức độ nhất định, radar sóng siêu âm chỉ là một phiên bản cấp thấp của radar sóng milimet. Khoảng cách phát hiện của nó ngắn (thường trong vòng 3 mét) và không thể đo tốc độ hoặc đường viền của vật thể. Ưu điểm chính của các cảm biến này là giá thành rẻ (hàng chục USD mỗi chiếc và cả bộ giải pháp chỉ vài trăm USD), chỉ có thể được sử dụng trong các tình huống xe đang đi với tốc độ thấp, đang lùi xe, hỗ trợ tránh va chạm khi đỗ xe.

Tất nhiên ít ai biết rằng, Tesla, bề ngoài chế giễu công nghệ lidar, thực sự đã lắp đặt lidar trên một loạt xe vào năm 2021, để sử dụng các phép đo nhằm hiệu chỉnh hệ thống. Tuy nhiên, lô xe này chỉ là mẫu thử nghiệm và lidar cũng chỉ có thể làm “công nhân tạm thời” tại Tesla trong một khoảng thời gian ngắn.

Lý do thứ hai khiến Tesla không mặn mà với Lidar, đó là vấn đề chi phí quá cao.

Thói quen cắt giảm chi phí từ lâu đã nằm trong “gen” của hãng công nghệ Tesla. Vào thời kỳ đầu kinh doanh, mẫu pin hình trụ 18650 phổ thông được chọn làm pin nguồn vì công nghệ này đã phát triển và chúng có giá thành rẻ. Một ví dụ khác là Tesla đã đã đi đầu trong việc sử dụng quy trình đúc tích hợp trục sau trên thân xe Model Y, biến cụm 70 thành phần linh kiện ban đầu thành một bộ phận, không chỉ giảm trọng lượng mà còn giảm giá thành sản xuất đáng kể.

Vì vậy, với vai trò là nhà máy sản xuất xe điện thông minh đầu tiên, giá thành cao của công nghệ lidar khiến Tesla không thể chấp nhận được.

Hiện tại, giá của một cảm biến lidar hiệu suất cao có thể lên tới hàng nghìn USD, loại rẻ cũng 400-500 USD. Trong khi đó, giá của một mô-đun camera độ nét cao chỉ từ 50 USD. Chip FSD (Full Self-Driving) do Tesla tự phát triển có chi phí ước tính chỉ là 200 USD.

Nếu được trang bị lidar, chi phí phần cứng trên các mẫu xe của Tesla có thể tăng gấp đôi, điều này đi ngược lại với tầm nhìn của hãng, cản trở doanh số cũng như khả năng bao phủ thị trường.

Bên cạnh đó, các cảm biến radar còn có một số vấn đề khác. Định dạng dữ liệu khác nhau, ngưỡng kỹ thuật cao để hiệu chuẩn và tổng hợp dữ liệu, chi phí tính toán cao, tần số hoạt động khác nhau (khoảng 10 fps của lidar so với 36 fps của camera), đồng bộ hóa thời gian dữ liệu… đều là các trở ngại kỹ thuật cần phải xử lý. Đó cũng là lý do các hãng xe điện đang đi theo lộ trình sử dụng đa cảm biến thường phải cần tới một đội ngũ hỗ trợ và phát triển đông đảo, lên tới hàng trăm thậm chí hàng nghìn người.

Trong khi đó Tesla, công ty đã cắt tất cả các cảm biến radar, có thể thoải mái tập trung tất cả kinh phí và nguồn lực vào con đường kỹ thuật đáng tin cậy nhất mà Elon Musk đã chọn. Đó là hệ thống lái xe tự động sử dụng hình ảnh thuần túy.

Trong vài năm qua, lý do Tesla từ chối sử dụng cảm biến radar xét cho cùng là do chúng tốn kém và hiệu suất không đủ tốt. Mặt trái của câu chuyện là việc Tesla đã đặt cược vào công nghệ sử dụng hình ảnh thuần túy và quan trọng nhất là nó đã có những bước phát triển nhảy vọt. Chỉ trong vòng chưa đầy ba năm, công nghệ này gần như đã thay được vai trò của nhiều loại cảm biến radar khác nhau.

Trên thực tế, tính năng Autopilot ban đầu của Tesla vốn đi theo lộ trình đa cảm biến. Về lý thuyết, camera và radar sóng milimet hoạt động cùng nhau để hỗ trợ việc lái xe.

Nhưng khi đối mặt với những tình huống phức tạp, hai công nghệ này thường “đấu đầu” với nhau. Radar sóng milimet xây dựng các hình ảnh theo hướng ngang một cách tự động, trong khi hệ thống máy ảnh lại cố gắng xác định từng khung hình theo chiều dọc. Điều này giống như hai người đứng đối diện, tranh luận xem thứ mình nhìn thấy trước mặt là số 6 hay số 9. Ở đây là việc hai hệ thống tranh luận xem thế giới nên nhìn theo chiều ngang hay chiều dọc.

Trước đây, việc đo tốc độ và khoảng cách là nền tảng của radar sóng milimet. Giờ đây, khả năng thị giác của hệ thống mới được Tesla giới thiệu đã có thể đảm nhiệm vai trò này, và đó cũng chính là thời điểm mà radar sóng milimet chính thức “thất nghiệp”.

Vào tháng 5/2021, radar sóng milimet bị loại bỏ trên các mẫu xe Tesla. Vào tháng 6 năm đó, Andrej Karpathy, giám đốc trí tuệ nhân tạo của Tesla khi đó, giải thích rằng trong các phép đo thực tế, khả năng đo tốc độ và khoảng cách của thuật toán đã tiếp cận hoặc thậm chí vượt qua radar sóng milimet.

Năm nay, thuật toán mới về tầm nhìn thuần túy của Tesla đã tiến một bước xa hơn, khi Occupancy Network ra đời. Nó cho phép các cảm biến máy ảnh nhắm mục tiêu đến một đối thủ mới mạnh mẽ hơn cả Lidar.

Thuật toán mạng chiếm dụng này dựa trên hình ảnh thị giác thuần túy, khi chia không gian thành các ô dạng lưới. Bằng cách phát hiện xem các ô trong lưới có bị chiếm dụng hay không, phép đo thể tích của các đối tượng được thực hiện bởi một bộ xử lý có công suất tính toán cao và độ trễ thấp. Nó hoạt động theo 4 bước: Chia tách không gian thành lưới 3D, phát hiện các ô bị chiếm dụng,đồng bộ hóa khung tọa độ và giải mã, từ đó dẫn đến các Ước tính lưu lượng quang học và Ước tính tỷ lệ lấp đầy. Tới đây, bài toán về các loại vật thể kỳ lạ – như một chiều xe buýt siêu dài đang di chuyển- từng gây đau đầu cho các đội nhóm phát triển hệ thống lái xe thông minh trên toàn thế giới đã có lời giải.

Tesla đã giải quyết được câu hỏi hóc búa và kinh điển nhất về nhận thức thị giác, đó là “các đối tượng không tồn tại nếu chúng không được nhận ra”. Trước đó, ngành công nghiệp ô tô tin rằng các cảm biến lidar đắt tiền mới là câu trả lời đúng.

Theo một báo cáo mới đây, việc Tesla loại bỏ cảm biến siêu âm sẽ giúp công ty tiết kiệm chi phí khoảng 114 USD cho mỗi chiếc xe. Và đại diện của Tesla cũng cho biết sau khi radar sóng siêu âm không còn nữa, Ocuppancy Network sẽ tiếp quản công việc của chúng. Chỉ với một bản cập nhật về thuật toán, khả năng đỗ xe tự động từng rất khó sử dụng của Tesla sẽ được tăng cường.

Tính tới hiện tại, cuộc đua giữa máy ảnh và cảm biến radar trong hệ thống hỗ trợ lái của Tesla đã ngã ngũ. Máy ảnh đã hoàn thành việc mô phỏng lại khả năng của cảm biến radar thông qua sự phát triển của thuật toán mới, với chi phí thấp và hiệu suất cao.

Tuy nhiên, khi một số cảm biến radar có thể trở thành lịch sử thì một số phiên bản mới của chúng lại dự kiến sẽ quay trở lại hoạt động trên những chiếc xe Tesla trong tương lai, sau khi được “lột xác”.

Theo các chuyên gia, khả năng cao là kẻ đầu tiên bị sa thải cũng sẽ trở thành thứ được tái sử dụng sớm nhất trên xe điện Tesla. Đó chính là radar sóng milimet.

Vào tháng 6 và tháng 9 năm nay, Tesla bị phát hiện đã nộp hai đơn đăng ký chứng nhận về công nghệ radar sóng milimet tự phát triển cho FCC (Ủy ban Truyền thông Liên bang Mỹ). Hình dạng của radar sóng milimet mới có thể được nhìn thấy dưới đây qua hình ảnh rò rỉ trên Twitter.

Câu hỏi đặt ra là Tesla chỉ vừa mới cắt bỏ radar sóng milimet vào năm ngoái, tại sao nay lại muốn “tự vả mặt mình” với tốc độ nhanh tới như vậy? Câu trả lời có thể là do quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu.

Năm 2019, khi Tesla ra mắt chế độ cảnh giới và chế độ thú cưng, hai chức năng này sử dụng camera để giám sát liên tục môi trường bên trong và bên ngoài xe khi chủ xe rời đi để chống trộm và bảo vệ vật nuôi. Tuy nhiên, sau khi ra mắt chức năng này, nó đã làm dấy lên sự cảnh giác của các lực lượng như quân đội Na Uy, cảnh sát Berlin và chính phủ Trung Quốc. Lý do đưa ra là các camera độ nét cao có thể gây rò rỉ quyền riêng tư hoặc gây rủi ro an ninh quốc gia.

Rõ ràng, không ai muốn sử dụng một chiếc xe với đủ loại camera bên trong và bên ngoài tại các nơi nhạy cảm, làm các công việc quan trọng hay di chuyển tới những vị trí đặc biệt.

Lúc này, đặc điểm độ phân giải thấp của radar sóng milimet truyền thống chính là một lợi thế. Chúng vẫn có thể hoàn thành tốt một số công việc mà không cần thu thập quá nhiều dữ liệu có độ chính xác cao.

Ví dụ, công nghệ radar 60Ghz theo đệ trình của Tesla, có một số công dụng tiềm năng trùng lặp với các chế độ cảnh giới người và vật nuôi, hay theo dõi các dấu hiệu quan trọng trong xe và có thể được sử dụng để nhận biết trẻ em bị phụ huynh bỏ quên trên xe. Trong vòng 2 mét quanh xe, nó có thể phát hiện cửa sổ bị hỏng khi có kẻ trộm, hoặc có thể nhận dạng cử chỉ để làm phong phú thêm các hình thức tương tác trong xe với người dùng.

Do đó, mô hình radar sóng milimet này có thể giúp các mẫu xe Tesla đáp ứng các yêu cầu về quyền riêng tư và tuân thủ dữ liệu của các quốc gia khác nhau. Tuy nhiên, trong mắt dân kỹ thuật, một radar sóng milimet khác mà Tesla đã áp dụng để bảo mật mới là điểm nổi bật.

Các thông số cụ thể và cách sử dụng của nó vẫn chưa rõ ràng, nhưng từ các báo cáo thử nghiệm công khai gần đây, nó là một radar 77Ghz với sơ đồ cài đặt ăng-ten theo hình thức “6 nhận, 8 truyền”. Thông số này chỉ ra rằng đây là một loại radar sóng milimet tiên tiến hơn, hay radar sóng milimet 4D, còn được gọi là radar hình ảnh.

Lý do khiến radar sóng milimet truyền thống bị Tesla loại bỏ khỏi xe điện của mình chủ yếu là do độ phân giải quá thấp để hoàn thành việc phát hiện và nhận dạng vật thể một cách chính xác. Nhưng vấn đề này không phải là không giải quyết được, bởi nếu tăng tần số hoạt động và đưa thêm vào càng nhiều kênh thu phát thì độ phân giải của radar sóng milimet sẽ càng cao.

Yêu cầu về khả năng nhận thức chính xác cao của các hệ thống lái xe tự hành đang buộc các nhà phát triển phải liên tục nâng cấp về độ chính xác của radar sóng milimet. Radar độ phân giải cao từ lâu đã là một công nghệ phổ biến và năm nay có thể được gọi là năm đầu tiên của radar sóng milimet 4D.

Tại Trung Quốc, mẫu xe Feifan R7 của SAIC được trang bị radar sóng milimet 4D và hiệu ứng lái thông minh theo ghi nhận đã được cải thiện đáng kể. So với radar sóng milimet truyền thống, chỉ có thể tạo ra một số điểm nhỏ trên bản đồ hình ảnh, radar sóng milimet 4D có thể vẽ không gian ba chiều. Hình ảnh đem lại tương tự như hiệu ứng từ Lidar, thậm chí tốt hơn.

Trên thực tế, radar sóng milimet 4D là một cảm biến kết hợp giữa radar sóng milimet truyền thống và lidar. Độ chính xác của nó tốt hơn đáng kể so với loại trước và chi phí có thể thấp bằng 1/10 so với loại sau. Tesla luôn thích một lựa chọn hiệu quả về chi phí như vậy, nên việc mang radar sóng milimet quay trở về là hợp lý về mặt logic.

Hiện tại, mặc dù thuật toán lái xe thông minh dựa trên hình ảnh trực quan thuần túy của Tesla đã có những bước phát triển vượt bậc, nhưng việc đo tốc độ và khoảng cách vẫn chỉ là các “ước tính” dựa trên công nghệ học sâu. Do đó, độ tin cậy của nó sẽ giảm đáng kể khi gặp mưa, tuyết, sương mù và các trạng thái thời tiết khác.

Trong khi đó, việc đo tốc độ và khoảng cách của radar sóng milimet dựa trên tính toán của các nguyên tắc vật lý và nó có khả năng ứng dụng trong mọi điều kiện thời tiết. Radar sóng milimet 4D với tỷ lệ tín hiệu cực đại trên nhiễu được cải thiện đáng kể có thể bổ sung sức mạnh cho các máy ảnh của Tesla và cải thiện hiệu suất chung của toàn bộ hệ thống.

Trên thực tế, thái độ của Musk đối với radar sóng milimet chưa bao giờ là phủ nhận hoàn toàn. Trên Twitter hồi đầu năm nay, khi được hỏi: “Ông có gì để nói cho những người vẫn kiên trì với radar?” , Musk đã để lại một câu trả lời đầy ẩn ý: “Chỉ có radar có độ chính xác rất cao mới là giải pháp chính xác”.

Thái độ của Tesla đối với cảm biến radar có thể khiến một số người khó hiểu.

Nhưng vấn đề dường như nằm ở việc công chúng đã hiểu sai về việc tư duy theo First Principles Thinking (Nguyên tắc suy nghĩ cơ bản) của Elon Musk, khi tin rằng cái Tesla muốn là để công nghệ bắt chước con người. Và do mọi người chỉ có thể lái xe bằng tầm nhìn của họ, nên việc lái xe tự động cũng phải như vậy.

Trên thực tế, Tesla đã chọn giải pháp lái xe thông minh “dựa trên tầm nhìn”. Công nghệ luôn phát triển rất năng động, chỉ cần các điều kiện cơ bản được đáp ứng hoặc tiếp cận, các cảm biến khác nhau sẽ tự tìm ra công dụng và vị trí của chúng trên sản phẩm cuối cùng.

Thái độ không rõ ràng của Tesla đối với radar cũng phản ánh nguyên tắc đầu tiên và chân thực nhất của công ty. Đó là đặt ra một mục tiêu khó, sau đó tìm ra phương tiện kỹ thuật hiệu quả nhất về chi phí để đạt được mục tiêu đó. Và thành công mang lại, dù khó khăn vất vả để đạt được, sẽ luôn viên mãn và vẹn toàn.