Grand Challenge 2005: приз в $2 миллиона
В прошлом году американское Управление перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) провело первый проект Grand Challenge, с наградой в $1 миллион. В этом году награда удвоилась, что соответствующим образом подогрело интерес команд. В нашем материале мы рассмотрим подготовку к гонке двух команд: Cyberrider из Калифорнии и немецкой команды Volkswagen/Stanford. Последняя создана в результате партнёрства между Volkswagen и Стэнфордским университетом. Стэнфордский профессор Себастьян Трун (Sebastian Thrun), являющийся общепризнанным экспертом по искусственному интеллекту, спланировал работу команды и разбил подготовку на девять временных зон.
Hummer H1, который участвовал в гонке в прошлом году, использует несколько устаревшую технологию.
Напомним, что в гонке Grand Challenge участвуют машины с полностью автономным управлением, которые должны пересечь южно-калифорнийскую пустыню. Без водителя этим роботизированным машинам приходится использовать последние технологии навигации GPS и объезда препятствий. В прошлом году до финиша не дошла ни одна машина, то есть Grand Challenge — действительно суровое соревнование. 240-км трасса от калифорнийского Барстоу (Barstow) до невадского Примма (Primm) выбивала одну машину за другой. Следует отметить, что большинство машин сошли с дистанции уже через несколько километров после старта, а дольше всех прошла Carnegie Mellon Sandstorm — 11,9 км, после чего срезала забор и ударилась о метровый булыжник.
Базовая навигация осуществляется через систему GPS, но машины должны продолжать движение и без поступления GPS-сигнала. Дело в том, что приём GPS-сигнала может осложняться туннелями или близлежащими строениями. Кроме того, на пути могут возникать препятствия вроде танковых ловушек, рытвин и булыжников. Тогда машина должна самостоятельно преодолевать препятствия, причём скорость передвижения должна составлять от 16 до 48 км/ч.
«Это первая длинная трасса в истории автомобилестроения, во время прохождения которой машины должны сами принимать все необходимые решения, — сказал профессор Себастьян Трун, глава Stanford Racing Team. — Другими словами, машина должна иметь не только прочный корпус, но и умную «голову».
Нет водителя, зато есть семь процессоров Pentium M
Впечатляющий внедорожник уже прошёл своё первое испытание. Несколько дней назад Volkswagen Touareg совершенно самостоятельно проехал трассу — без водителя! В октябре Volkswagen будет участвовать со схожей машиной в Grand Challenge 2005 — гонке полностью автономных машин.
Трасса Grand Challenge 2005 проходит через негостеприимную юго-западную калифорнийскую пустыню. Машинам даётся не больше 10 часов, чтобы проехать трассу в 283 км, причём точный маршрут держится в секрете до начала гонки. Все машины управляются полностью автономно, без какой-либо поддержки со стороны человека.
Поедет без водителя: сеть из семи систем на Pentium M управляет VW Touareg R5 TDI. Стэнфордский университет будет участвовать в гонке DARPA с модифицированной версией этой машины-прототипа.
Нет водителя, зато есть семь процессоров Pentium M, продолжение
Проект был организован благодаря партнёрству нескольких компаний. Volkswagen предоставила машину, дизельную Touareg R5 TDI с автоматической коробкой передач, и весь багаж своих знаний. Intel предоставила процессоры Pentium M (ядро Dothan), а также платформу из нескольких mini-ATX плат на 855GM. Затем отметим компанию-инвестора MDV (Mohr Davidow). Среди спонсоров можно выделить Android, Honeywell, Tyzx и Coverity. Tyzx специализируется на программах распознавания, что особенно важно для систем искусственного интеллекта.
Вряд ли стоит лишний раз отмечать, что выбор прожорливых процессоров Pentium 4 и соответствующей платформы был бы хуже. Ведь тогда тепловыделение семи систем легко превысило бы 1200 Вт! Это потребовало бы дополнительной модификации генератора и некоторых других компонентов. Именно поэтому Intel снабдила проект проверенными мобильными процессорами Pentium M. Они используют ядро Dothan с 2 Мбайт кэша, работают на частоте 1,6 ГГц, а в качестве платформы был взят чипсет 855GM. В результате общее энергопотребление всех семи систем составило всего 280 Вт. Системы связаны между собой по гигабитной сети Ethernet.
Основа: платы mini-ATX с мобильными процессорами. На иллюстрации — хорошо известная плата AOpen с 2,13-ГГц Pentium M. Эта комбинация потребляет всего около 40 Вт.
Семь 1,6-ГГц процессоров Intel Pentium M Dothan управляют машиной VW Touareg. Прожорливые Pentium 4, которые сегодня используются во многих настольных ПК, здесь не подходят.
Управление под Linux: лазерные датчики, стерео-камера и навигация GPS
Отвечают за получение информации об окружающих объектах: 24-ГГц радар, лазерные датчики, стерео-камера и система навигации GPS.
Для этого проекта технологическая основа популярного внедорожника была оставлена без изменений. Единственным добавлением стало появление полной защиты нижней части кузова и усиление амортизаторов. В то же время, опциональная система пневматической подвески не используется. После того, как над прототипом поработали инженеры Volkswagen, он превратился в high-tech систему на колёсах. Бесчисленные сенсоры и батарея из четырёх лазерных датчиков отвечают за поиск самого безопасного и быстрого маршрута. Система навигации дополняется стерео-камерами, 24-ГГц радаром и высокоточной спутниковой системой навигации GPS, которая может определить местоположение автомобиля с точностью до сантиметра.
Водитель становится пассажиром и сидит справа, в то время как за руль «садится» компьютер.
Собранная информация поступает по сети в компьютеры Pentium M, которые расположены в кузове Touareg. Комбинация семи 1,6-ГГц процессоров и специального программного обеспечения под Linux просчитывает правильный угол поворота, ускорение и торможение, в результате чего внедорожник реагирует на меняющуюся ситуацию в реальном времени.
Автоматическая коробка передач управляется компьютером с помощью рычага.
Исследовательская работа: вождение без водителя
Одна из камер, снимающих окружающую местность в реальном времени.
На данный момент только две машины оснащены столь сложными приборами. Изначально проект зародился в сотрудничестве Electronics Research Laboratory (ERL) в Пало-Альто (Калифорния), исследовательского подразделения Volkswagen, и Стэнфордского университета.
Главным направлением ERL являются автономные машины и управление ими без водителя. Однако подобная задача является сложной как с научной точки зрения, так и с технической. Но какое отношение все эти исследования имеют к среднему водителю? Ответ прост: многие аспекты автономных машин будут реализованы в обычных, более рядовых системах помощи водителям.
Датчики, стерео-камера и GPS-антенны VW Touareg.
Доктор Карло Руммель (Carlo Rummel), глава ERL в Пало-Альто, относится к проекту с большим энтузиазмом. «Наша совместная работа даёт уникальную возможность сотрудничества с одним из самых передовых университетов в мире. Кроме того, она двигает вперёд технический прогресс, — сказал он. — Конечно, конкурентная основа этого проекта является дополнительным стимулом для нашей команды. Да и не будем забывать, что сама гонка является прекрасной возможностью показать великолепные возможности внедорожника Touareg».
Эта машина будет участвовать в гонках DARPA Challenge — она оснащена семью системами на Pentium M.
Смотрим на окружающий мир: радарные сенсоры, камера, GPS
Производные технологий, которые будут обкатаны в гонке, помогут сделать машины будущего более безопасными и комфортабельными.
«Начнём с того, что система должна стать на уровень водителя или даже превзойти его, — сказал Матиас Рабе (Matthias Rabe), глава исследовательского подразделения Volkswagen AG. — Она должна предсказывать будущие события, буквально заглядывать за следующий угол, а затем принимать правильное решение на основе полученной информации».
Сегодня многие системы помощи водителям уже повышают безопасность вождения. Примером может служить антиблокировочная система (ESP). Каждый год она спасает немало жизней. Ещё одним более свежим примером будет ADR — система, позволяющая автоматически поддерживать безопасную дистанцию между машинами. Впервые она была введена с моделью Phaeton, и сегодня её можно заказать и для Passat — система помогает снизить число наездов сзади. В гонке Grand Challenge совместно будут работать технологии распознавания и анализа окружающей среды. В комбинации эти системы помощи водителю могут автоматически визуализировать маршрут и объезжать препятствия.
От экспериментального состояния до завершённого продукта
Лаборатория Volkswagen Electronic Research Laboratory была основана в Пало-Альто (прямо в калифорнийской Силиконовой долине) в 1998 году. Цель лаборатории заключается в нахождении потенциально полезных технологий на раннем этапе, максимально быстрого их переноса в состояние завершённого продукта, и ускорении, таким образом, разработки интеллектуальной «машины будущего». Сегодня команда в ERL состоит из 40 инженеров и дизайнеров, которые тесно сотрудничают со штаб-квартирой Volkswagen в Европе. Возможность команды на раннем этапе выявлять технологии, исследовательская работа и быстрые темпы разработки привели к тому, что Volkswagen, как утверждает компания, смогла обойти конкурентов.
Сегодня ERL занимается исследованиями в нескольких областях, таких, как системы помощи водителю, связь Car-2-Car, а также инновационные модули информации и развлечений. Как утверждает Volkswagen, высокий уровень внутренней компетенции, внешние исследовательские группы, сотрудничество с новыми компаниями и ведущими университетами помогли ERL выполнить свою миссию и достичь поставленных целей.
Команда Cyberrider
В июне официальные представители DARPA посетили кандидатов на участие в нынешней гонке и отобрали полуфиналистов, которые будут участвовать в квалификационном заезде на калифорнийской автостраде в Фонтане. Кроме команды Volkswagen/Stanford, DARPA посетила команду Cyberrider в калифорнийском Ирвайн-Лейк. Нашу редакцию пригласили на это посещение, а также на тестовые заезды, прошедшие за несколько месяцев до этого визита.
В отличие от более-менее стандартного внедорожника Volkswagen Touareg, команда Cyberrider создала специальную машину с действительно большими колёсами. Лидер команды Cyberrider Ивар Шонмейер (Ivar Schoenmeyr) сказал: «Если вы планируете участвовать в гонке по пустыне, то ваша машина должна быть предназначена именно для пустыни».
В декабре прошлого года мы опубликовали расширенный материал о команде Cyberrider, и сегодня весьма впечатляет, насколько успешно продвинулась команда. Во время тестовых заездов машина обходила некоторые мусорные баки, но таранила другие. После доработки программного обеспечения и смены положения одного из LIDAR (лазерный радар), система обхода препятствий заработала более предсказуемо. Она работает настолько предсказуемо, что мы решили встать на пути машины и посмотреть, свернёт ли она в сторону. Результат вы можете посмотреть на видео (ссылка дана в конце статьи).
Все машины, участвующие в гонке DARPA Grand Challenge, должны использовать систему аварийной остановки, если автомобиль «сойдёт с ума». Команда Cyberrider использовала для этого стандартную систему ДУ. Если же и она не сработает, то любой член команды сможет добежать до машины и нажать огромную клавишу «STOP». Как вы можете видеть на некоторых предыдущих видеороликах DARPA, это может быть опасно, так как машины часто ведут себя непредсказуемо.
Команда Cyberrider, продолжение
Продуманный выбор колёс для машины команды Cyberrider сразу же дал определённые преимущество в грязи Ирвин-Лейк. Машина легко преодолела грязь, а автомобиль сопровождения завяз, и его пришлось вытаскивать. По причинам безопасности за автономными машинами должны следовать автомобили сопровождения, но в этом случае, увы, произошла такая неприятность.
Видеоролик команды Cyberrider — снят в Ирвин-Лейк, Калифорния.
Роботы помогают людям
Вряд ли стоит сомневаться, что основной целью DARPA является получение автономной военной машины, но возможно достижение и других, более благородных целей. Скажем, машины-роботы могут возить престарелых людей, которые уже не справляются с вождением самостоятельно. Как сказал Шонмейер: «Проблема в пенсионном обеспечении кроется не в деньгах. У вас могут быть тонны денег, но зачем они вам, если вы не сможете доехать до магазина и купить продукты? Роботы в будущем обеспечат людям все необходимые услуги».
Заключение
Будет интересно увидеть, машина чьей команды пройдёт дальше всего в гонках DARPA Grand Challenge 2005, которые состоятся в октябре. Команды Volkswagen/Stanford и Cyberrider кажутся аутсайдерами по сравнению с командой Red Team из Университета Карнеги-Меллона, которая получает прекрасное финансирование. Команда Volkswagen/Stanford выбрала стандартный автомобиль и добавила в него множество компьютерного «железа» и сенсоров, в то время как команда Cyberrider создала относительно скромную машину. Кто же победит? Давайте дождёмся DARPA Grand Challenge в октябре.
