Het is een steeds vertrouwder straatbeeld: een laadpaal met een Tesla eraan. Bij de start van de automobiel had elektrische aandrijving de toekomst. Maar vanwege de beperkte actieradius van deze techniek ging men toch over op de benzinemotor. Breken elektrische bolides nu wel definitief door? Ja – maar van hun intelligentie moeten we geen wonderen verwachten. Want een slimme auto met een domme automobilist rijdt nog steeds niet veilig.

Uit: Maarten! 2021-1. Bestel losse nummers hier.

Beeld: Een elektrische auto op een Franse ansichtkaart. Dit model werd rond 1900 gebouwd door Louis Kriéger.

‘Elektrische aandrijving is superieur. Er is geen lawaai van de verbrandingsmotor. Er is geen benzinestank. Er is geen watercirculatiesysteem dat stuk kan gaan. Ik geloof dat de elektrische motor uiteindelijk algemeen zal worden gebruikt voor het vrachtvervoer in alle grote steden, en dat de elektrische auto de gezinswagen van de toekomst is.’

Vraag voor De Slimste Mens: wie heeft dit gezegd? Elon Musk, de baas van Tesla? Nee. De voorspelling is afkomstig van de Amerikaanse uitvinder en zakenman Thomas Edison. Op het moment dat hij deze woorden sprak, begonnen de straten zich te vullen met walmende benzineauto’s – helaas.

Toch zag het er rond het jaar 1900 nog rooskleurig uit voor de elektrische auto: 40 procent van het Amerikaanse wagenpark liep op stoom, 38 procent was elektrisch en 22 procent werd gestookt met benzine. De stoomauto had als nadeel dat het op koude ochtenden wel drie kwartier kon duren voordat je weg kon rijden.

De interne verbrandingsmotor van een benzineauto vereiste armverzwikkende aanslingerarbeid. Met een elektrische auto reed je daarentegen meteen zonder plichtplegingen weg. Bovendien gingen ze minder vaak stuk omdat elektromotoren simpeler werken dan interne verbrandingsmotoren.

Niet de stille auto’s van Edison, maar de broeikasgas-brakende vehikels van Henry Ford veroverden de wegen

Niettemin was er na twee wereldoorlogen nog maar één automobilist hartstochtelijk verknocht aan haar elektrische bolide: Oma Duck, die door haar bedenker Al Taliaferro bedeeld was met een Baker Electric Coupe. Goed gekozen overigens, want dat karretje was inderdaad primair voor dames ontworpen: aanslingeren was niet nodig en dankzij het hoge dak konden de modieuze hoedjes opblijven.

Maar de elektrische auto stond zo wel te kijk als een reliek van het verleden. Ter contrast vertoont jonge dandy Guus Geluk zich uitsluitend in benzine-slurpende sportwagens. Niet de stille auto’s van Edison, maar de lood- en broeikasgas-brakende vehikels van Henry Ford hadden de showrooms en wegen veroverd. Hoe kon dit gebeuren? Was Ford zo slim of was Edison zo dom?

Range anxiety

Het antwoord is dat de verbrandingsmotor in de eerste helft van de twintigste eeuw de wind stevig in de zeilen had. Dat kwam in niet-geringe mate door de opkomst van de luchtvaart. Stoommachines, maar ook accu’s, waren veel te zwaar voor de fragiele toestellen waarmee luchtvaartpioniers furore maakten. Het succes van de gebroeders Wright was voor een belangrijk deel te danken aan hun zelfontworpen superlichte verbrandingsmotor.

De Eerste Wereldoorlog zou een enorme katalysator blijken voor de verdere ontwikkeling van deze technologie. Het is veelzeggend dat de Britse ingenieur sir Ralph Ricardo de motor van de eerste Britse tank ontwierp, om daarna belangrijk bij te dragen aan de Rolls-Royce Merlin, de legendarische vliegtuigmotor in de North American Mustangs die boven Hitler-Duitsland geallieerde bommenwerpers beschermden.

Tegelijkertijd liep de elektrische auto tegen een probleem aan dat nog altijd niet helemaal is opgelost: range anxiety. Edison had gelijk dat een elektromotor in alle opzichten beter is dan een verbrandingsmotor. Maar helaas is de bijbehorende batterij volstrekt minderwaardig aan een tank vol benzine: per kilogram gewicht bevat een accu véél minder energie. Dat is precies de reden waarom we al sinds 1881 elektrische trams en treinen hebben, maar nog altijd geen elektrische vliegtuigen.

Een elektrische trein combineert immers het voordeel van een superieure aandrijving (de elektromotor) met het voordeel dat er geen zware accu’s meegenomen hoeven te worden, omdat de energie onttrokken wordt aan een bovenleiding.

Lithiumkobaltoxide

Het probleem van de batterij is fundamenteel. De gangbare uitdrukking dat een batterij weer ‘vol’ of ‘leeg’ is, klopt eigenlijk niet. Telkens wanneer we het gaspedaal (sic) van een elektrische auto indrukken, veranderen we de chemische toestand waarin de batterij verkeert. Het komt erop neer dat het element lithium wordt geoxideerd tot lithiumkobaltoxide. Hierbij ontstaat een stroom van deeltjes die elektronen heten, waarmee elektromotoren worden aangedreven.

Maar op een gegeven moment komt de reactie tot stilstand. Pas nadat we het lithium – althans een deel ervan – via een zogenoemde redoxreactie weer in zijn oorspronkelijke chemische toestand hebben teruggebracht (het ‘opladen’) is de batterij weer bruikbaar. De reden dat er nog altijd geen elektrische auto’s bestaan die duizend kilometer halen na één keer laden, is dat daar technische doorbraken voor nodig zijn die momenteel het laboratorium nog niet ontgroeid zijn.

Honderd jaar geleden leek de beperkte actieradius van de elektrische auto niet zo problematisch. Omdat er op het platteland nauwelijks autowegen bestonden, werden auto’s vooral gebruikt voor korte stadsritten.

Bovendien ontstonden er vanaf 1910 bedrijven waar autobezitters snel een lege accu konden verwisselen voor een volle. Maar de accu beet in zijn eigen staart toen hij de elektrische starter voor benzinemotoren mogelijk maakte. Het zware, onhandige en niet altijd ongevaarlijke aanzwengelen van de benzinemotor was daarmee verleden tijd.

Ondertussen ontstond buiten de steden een wegennet dat een grotere actieradius wenselijk maakte. En daarin waren fossiele brandstoffen nu eenmaal kampioen: niets was en is meer onderhoudsvrij en efficiënt dan een tank vol benzine, diesel of kerosine. En zo gleed de elektrische auto het Oma Duck-tijdperk in.

Zo gleed de elektrische auto het Oma Duck-tijdperk in

Fly-by-wire

De huidige renaissance van de accu-bolide is in belangrijke mate te danken aan het werk van John B. Goodenough, een Amerikaanse materiaalkundige die zijn naam waarmaakte door in 2019 de Nobelprijs voor de scheikunde te winnen.

Met 97 jaar was hij trouwens de oudste laureaat ooit. De prijs was hoe dan ook meer dan verdiend, want Goodenough kreeg hem vanwege zijn vooraanstaande rol bij de uitvinding van de lithium-ionbatterij, die veel langer meegaat.

Toen deze in de vroege jaren negentig op de markt verscheen, begrepen Californische ondernemers meteen dat de strijd tegen range anxiety eindelijk gewonnen kon worden, omdat er nu elektrische auto’s mogelijk waren die in hun actieradius enigszins konden wedijveren met benzineauto’s.

Samen met de andere voordelen van elektrisch rijden had de lithium-ionbatterij het in zich een klasse van milieubewuste early adopters naar het elektrische kamp over te halen.

De andere grote uitvinding die de renaissance van de elektrische auto vorm gaf, is de computer. Leunde eerst de verbrandingsmotor op de verworvenheden van de luchtvaart, nu is dat de huidige generatie elektrische auto’s.

In 1972 durfde NASA-piloot Gary Krier als eerste mens de startbaan af te rollen in een straalvliegtuig dat bestuurd werd door een digitaal fly-by-wire-systeem. Krier bediende de stuurvlakken van de omgebouwde Vought F-8 Crusader niet rechtstreeks; dat deed een computer door de stuurbewegingen van de piloot te interpreteren en waar nodig te verbeteren.

Krier had alle reden het systeem te vertrouwen, omdat dezelfde computer twaalf mensen op de maan had afgeleverd. De enorme investeringen in het kader van het Amerikaanse Apollo-programma zijn beslist de oorzaak van de verbazingwekkende miniaturisering van computercomponenten die de basis vormt van de informaticarevolutie.

Software

Hoewel lang niet alle vliegers er blij mee waren, bleek fly-by-wire niet te stuiten. Vanaf 1978 rolde (ook in de hallen van het Nederlandse Fokker) het eerste in serie gebouwde fly-by-wire-vliegtuig van de band: de General Dynamics F-16.

In 1987 debuteerde een passagiersvliegtuig: de Airbus A320. Ook alle drones die tegenwoordig over onze hoofden zoeven worden door computers bestuurd. Wie denkt dat een mens dat zelf wel kan, moet eens proberen een ouderwetse radiografisch bestuurde modelhelikopter heel te houden.

Computers bewezen ook hun waarde in brandstofauto’s. Allereerst werd de choke waarmee de klasse der onhandigen vroeger haar motor ‘verzoop’ vervangen door elektronische brandstofinjectie. Elektronische gaspedalen volgden, en tot de laatste snufjes behoort adaptive cruise control, een op radar gebaseerd systeem dat kop-staartbotsingen voorkomt.

Maar computers komen pas echt tot hun recht in elektrische auto’s, omdat ze daar volledig kunnen doordringen in de aandrijflijn, alle onderdelen die de aandrijfkracht overbrengen van motor naar wielen. ‘De Model S is in feite ontworpen als een heel geavanceerde computer op wielen,’ aldus Elon Musk een paar jaar terug. ‘Tesla is evenveel een softwarebedrijf als een hardwarebedrijf.’

Tesla, het bedrijf van Elon Musk, loopt voorop in de productie van elektrische auto’s.

In een computer is de software inderdaad oppermachtig. Software ziet toe op de meest basale taken en houdt bijvoorbeeld in de gaten dat de batterij niet te leeg raakt (want dan gaat die kapot) of dat de processor niet te heet wordt. In een ‘computer op wielen’ gaat dat niet anders. Zelfs zoiets schijnbaar simpels als remmen wordt door software geregeerd. Dat heeft als voordeel dat er een heleboel energie wordt teruggewonnen die in een traditionele auto verloren gaat in de vorm van warmte en slijtage van remschijven. Software bepaalt hoe efficiënt een dergelijk proces verloopt – en software is vervangbaar. Een elektrische auto kan dus in principe zuiniger worden gemaakt zonder dat er een fysiek onderdeel vervangen hoeft te worden.

Vliegende iPads

Maar de computer kan echt een glansrol vervullen in de rol van bestuurder. De heilige graal van het autorijden: werk afmaken of Netflix kijken in de file.
Musk bezit naast Tesla een ruimtevaartbedrijf. Dat bouwt onder meer een ruimteschip dat volledig automatisch het internationale ruimtestation ISS kan bereiken. De maximaal zeven astronauten hoeven in deze Crew Dragon helemaal niets te doen. Natuurlijk worden ze getraind om de toestellen handmatig te vliegen, maar dat is in feite rituele overbodigheid. Omdat vrijwel alle traditionele knopjes en schakelaars vervangen zijn door één groot aanraakscherm, worden deze ruimteschepen ook wel ‘vliegende iPads’ genoemd.

Vliegtuigen zijn ook behoorlijk losgezongen geraakt van hun menselijke commandanten. Eind 2019 voerde Airbus een volledig autonome vierenhalf uur durende testvlucht uit waarbij de computer acht succesvolle doorstarts wist te volbrengen. Formeel is het doel van dit Autonomous Taxi, Take-off & Landing (ATTOL)-project niet om vliegeniers brodeloos te maken. Maar een kind begrijpt dat de positie van de copiloot in de bestuurskamers van de luchtvaartmaatschappijen inmiddels ter discussie staat. Vroeger telde een cockpit vijf bemanningsleden; nu computers zo goed kunnen vliegen lijkt zelfs één piloot een luxe.

Wanneer zullen auto’s hetzelfde kunnen? Die vraag is verrassend gemakkelijk te beantwoorden: nu al. Een gecomputeriseerde auto weet waar hij is, waar hij heen moet en hoe hij moet corrigeren voor storende invloeden als rukwinden en aardbevingen.

Botsingen met andere auto’s vermijden lukt ook best. Het probleem is dat de omgeving van een auto veel, héél veel ingewikkelder is dan die van een ruimteschip of vliegtuig.

In de ruimte of de lucht is er vrijwel niets om tegenaan te botsen. Alleen rond luchthavens is het uitkijken geblazen – en dan nog vooral voor opfladderende vogels. Maar dan de straat. Dat is een vrijwel eendimensionale ruimte met het hindernissenniveau van een flipperkast. ‘Vrijwel’, omdat een auto wel naar links en rechts kan uitwijken, maar beslist niet te veel. Over een obstakel heen bewegen, of eronderdoor, gaat niet. Veel van de obstakels zijn bovendien beweeglijk.

Het allerergste wat een gecomputeriseerde auto kan overkomen, is een bal die over de straat rolt waar seconden daarna een kind achteraan komt rennen. Wanneer de computerprogrammeur dit patroon over het hoofd heeft gezien, kan dat een leven kosten. Dit is typisch een situatie waarin mensen veel betere beslissingen nemen dan computers, omdat wij van nature de context zien van dingen: dat kleine kinderen zich vaak slecht bewust zijn van hun omgeving.

Artificiële intelligentie

Maar, zullen sommigen nu denken, hoe zit het dan met machine learning? Computers kunnen tegenwoordig toch ook (min of meer) zelfstandig allerlei dingen leren over de wereld? Nou dat valt tegen.

Een jaar geleden ging Starsky Robotics kopje-onder, een bedrijf dat machineleren gebruikte om intelligente autosoftware te ontwikkelen. ‘Machineleren onder menselijke supervisie voldoet niet,’ aldus oprichter Stefan Seltz-Axmacher van het bedrijf. ‘Het is geen echte artificiële intelligentie, zoals C-3PO in Star Wars. Het is een geavanceerd hulpmiddel voor het matchen van patronen.’

Inderdaad. Artificiële intelligentie (AI) schittert vooral in situaties waarin heel veel data worden vergeleken in een beperkte context. Concreet: op medische scans herkennen zelflerende algoritmes kanker inmiddels beter dan artsen van vlees en bloed. Dat is prachtig. Maar het interpreteren van de werkelijke, hoogst chaotische en onvoorspelbare buitenwereld blijkt voor AI nog altijd te hoog gegrepen.

De omgeving van een auto is héél veel ingewikkelder dan die van een ruimteschip of vliegtuig

Elon Musk doet alsof hij daar niet te zwaar aan tilt. Optimistisch als altijd erkent hij dat AI niet feilloos is, maar voorspelt hij ook dat intelligente auto’s niettemin veiliger zullen zijn dan auto’s die bestuurd worden door mensen. ‘Verwacht geen perfecte systemen, maar verwacht wel systemen die beter kunnen autorijden dan mensen.’

Helaas doemt hier een paradox op: intelligente mensen zullen hun intelligente auto niet onder ongunstige omstandigheden – denk aan een laagstaande zon of dichte mist – zelfstandig laten rijden. Maar domme mensen wel. Dat de domheid van mensen zich voortplant in hun intelligente auto is inmiddels al een aantal keren vastgesteld. In 2018 reed een zelfrijdende taxi van Uber ’s avonds laat een vrouw dood in de Amerikaanse staat Arizona. De chauffeur die de auto moest controleren zat ondertussen filmpjes te kijken.Hedendaagse piloten en astronauten vliegen rond in machines die feitelijk geen enkele menselijke input vereisen. Maar: zulke professionals kennen de tekortkomingen van deze geavanceerde systemen en weten wanneer deze geneigd zijn fouten te maken. Ja, een Airbus A320 kan automatisch landen, maar het is zeker niet aan te raden dat onder alle omstandigheden te laten gebeuren. Een ervaren piloot heeft tijdens een najaarsstorm nog altijd meer finesse in haar of zijn vingers.

En ja, auto’s van Tesla en andere marktleiders zijn binnen een jaar of tien beslist in staat onder allerlei omstandigheden automatisch te rijden – maar niet onder álle omstandigheden. Maar wie legt dat uit aan de idioten die na twintig rijlessen append de weg op willen?

Dat de domheid van mensen zich voortplant in hun intelligente auto is al een aantal keren vastgesteld

Apple-auto

Dat ongelukken met min of meer automatisch rijdende voertuigen vanaf pakweg 2025 een groot ding gaan worden in de media, durf ik moeiteloos te voorspellen. Dat weerhoudt investeerders echter geenszins. Het aandeel Tesla staat belachelijk veel hoger dan door de koers-winstverhouding gerechtvaardigd wordt. Beleggers denken blijkbaar dat Tesla na jaren van verliezen krankzinnig veel auto’s gaat verkopen – auto’s die volgens Elon Musk autonomer zullen worden met elke software-update. Dat zou best kunnen, want Musk heeft al vaker verbijsterende prestaties laten zien.

Ondertussen zwollen in februari de geruchten weer eens aan dat techgigant Apple onder de projectnaam Titan werkt aan een eigen lijn van elektrische, autonome auto’s. Als elektrische auto’s inderdaad vooral computers op wielen zijn, is dat een logische ontwikkeling.

Apple is een rijk bedrijf dat verstand heeft van batterijen, software en hardware, en bovendien een grote schare trouwe klanten telt die gemakkelijk in de portemonnee tasten wanneer het bedrijf weer eens de innovatiekaart trekt.

En waar Tesla grote, nogal Amerikaans ogende bolides uitvindt, zou Apple de markt van strak ontworpen automatische stadsauto’s kunnen bedienen – zeg Macbook Airs en Pro’s op wielen. Ik zie al een wereld waarin zulk moois zich na bestelling nog dezelfde middag zelfstandig langs het trottoir meldt. Zulke kleine, goed gesneden autonome auto’s vormen in de megasteden van de toekomst misschien een aantrekkelijk alternatief voor het openbaar vervoer.

Het doorgaans uitstekend geïnformeerde techblog Ars Technica moet het overigens allemaal nog zien met die Apple-auto. Maar dat zulke geruchten nieuwswaardig zijn bewijst dat het vooruitzicht van onderhoudsvrij, elektrisch en autonoom persoonlijk vervoer de verbeelding van een breed publiek prikkelt. En ook dat dat publiek weinig heil verwacht van de traditionele diesel-frauderende en broeikasgas-brakende merken.

Elektrische auto’s zijn de harten onmiskenbaar aan het terugwinnen. Oma Duck was haar tijd ver vooruit.

Dit artikel is geschreven door Ed Croonenberg (1965-2024). Onlangs bereikte ons het verdrietige bericht dat Ed na een hartaanval op 31 maart 2024 is overleden. Als wetenschapsjournalist schreef hij regelmatig voor het tijdschrift Maarten!, Historisch Nieuwsblad en New Scientist artikelen die opvielen door zijn nuchterheid en onafhankelijkheid. Wij zullen Ed en zijn waardevolle bijdragen missen. Lees hier het in memoriam.