Пілот для безпілотника

Автомобілебудівники обіцяють через чотири роки посадити за кермо роботів.

Ларрі Бернс, віце-президент General Motors, заявив, що 2015 рік — строк появи на дорогах безпілотних екіпажів. Конгрес США зобов’язав підрозділ Пентагона DARPA на цей часу ­довести кількість автомобілів без водія в збройних силах до третини. Прагматичні європейці обіцяють до 2014—2015 років не тільки ввести систему автоматизованих автопоїздів на основних дорогах, а й підготувати для цього законодавчу базу.

Які ж підстави для таких оптимістичних заяв та прогнозів у сфері, де наразі цілковитою автоматизацією навіть не пахне?

Мета й порядок

Ще шість років тому всі спроби побудувати керований автоматикою екіпаж нагадували аматорські ігри — то одна, то інша авто­корпорація представляла­­ власні концепти з елементами участі в управлінні комп’ютерних систем, не намагаючись розв’язати завдання комплексно.

У 2004 році проблемою всерйоз перейнялися військові: підстьобнуте постановою конгресу США агентство розробки високотехнологічних оборонних рішень DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) вирішило залучити до створення безпілотної технології приватну ініціативу й організувало змагання DARPA Grand Challenge.

Для одержання головного призу — мільйона доларів — учасникам поставили завдання: автоматизоване авто має самостійно пройти  250 миль — від міста Берсто (штат Каліфорнія) до Лас-Вегаса. Заїзд проходив пустельною місцевістю, а на його шляху військові спорудили декілька перешкод у вигляді канав, вибоїн і барикад із покришок. Незважаючи на нескладне завдання, змагання зупинили через п’ять годин: усі безпілотники вийшли з ладу або ж були примусово відключені через безладність руху.

Не можна скаржитися на непрофесіоналізм учасників: усі роботи були побудовані або на базі технічних ВНЗ, або представляли технологічні компанії з досить великими бюджетами. Зокрема, вартість безпілотника Sandstrom команди Mellon Carnegie становила $3,4 млн. Можливо, надто малий був приз для залучення серйозних учасників? Теж ні. Адже перемога в заїзді, крім грошової винагороди, автоматично передбачала впровадження технології й величезне військове замовлення. Тож поборотися було за що.

Насправді змагання лише виявили сумний факт: за станом на березень 2004 року людство не мало у своєму розпорядженні якоїсь реальної концепції безпілотного автомобіля. А про технічну складність цього завдання свідчило зізнання одного з учасників змагань: тільки інформаційний потік із головного лазерного сенсора робота перевищував 1 гігабіт на секунду. Оброблялися дані найдосконалішими на той час обчислювальними комплексами: «мозок» згаданого вище Sandstrom складався із сервера на 64-бітному процесорі Itanium, трьох двопроцесорних станцій Xeon і восьми убудованих комп’ютерів.

Однак уже наступного року більшість автоматів успішно впоралася з поставленим завданням. А в 2007-му організатор заїздів запропонував учасникам випробувати безпілотники в умовах, максимально наближених до міських. Змагання дістало назву DARPA Urban Challenge, а головний приз було збільшено до двох мільйонів доларів. Крім того, мільйон обіцяли за другу сходинку п’єдесталу й 500 тисяч — тому, хто посяде третє місце.

Для проведення змагань обрали армійський тренувальний полігон на колишній авіабазі George Air Force Base у Вікторвіллі, Каліфорнія, де підрозділи армії США відпрацьовують прийоми проведення операцій у міських умовах. Легким завдання для безпілотників не назвеш: це була справжня місія довжиною 90 км із рухом різними вулицями, перетинанням перехресть, зміною потоку, подоланням транспортних мостів-розв’язок, виїздів-заїздів на паркування й площадки. При цьому рух мав підпорядковуватися загальним ПДР, а ліміт часу становив 6 годин.

DARPA Urban Challenge показав, що в листопаді 2007 року безпілотний автомобіль — уже не фантастика: шість роботизованих екіпажів успішно пройшли всю дистанцію. Призові ж $2 млн за перше місце отримала  команда Tartan Racing, зібрана з фахівців університету Карнегі-Меллона (Carnegie Mellon University) і компанії General Motors. Їхня машина Boss, створена на основі Chevrolet Tahoe, подолала дистанцію за 4 години, показавши середню швидкість близько 22 км/год. І треба віддати належне агентству DARPA, яке уперше в історії започаткувало системний підхід у сфері розробок автомобілів-безпілотників.

Цивільна спадщина

Під час підготовки до змагань DARPA на гірській перегоновій трасі Pikes Peak International Hill Climb тестувалися безпілотники Stanley і Junior, вироби центру автомобільних досліджень Стенфордського університету. Незважаючи на те, що ці авто з пілотом-комп’ютером посідали призові місця в змаганнях, середня швидкість, показана роботами на гірській трасі, становила 40 км/год. При тому, що швидкість кращих гонщиків наближається до 150 км/год. Виходить, що безпілотнику ніколи не зрівнятися з людиною? Саме це твердження намагаються спростувати стенфордці, об’єднавшись із концерном Audi, лабораторією електрон­них досліджень «Фольк­с­ваген» і компанією Oracle.

Shelley — так назвали своє дітище конструктори — побудована на базі Audi TT-S. Крім звичайних для безпілотника лідарів (лазерних далекомірів) і оптичних камер до системи навігації включено кілька надточних датчиків GPS, здатних визначати місце розташування автомобіля з точністю до 5 см. Як програмне забезпечення використано зв’язку з Java Real-Time System (Java RTS) і Oracle Solaris. Восени минулого року Shelley зробила свій пробний заїзд на трасі Pikes Peak. Середня швидкість проходження ділянки становила 72 км/год. Однак створювачі впевнені: їм удасться довести швидкість до 130 км/год.

А от інший учасник змагань DARPA (3-тє місце в Urban Challenge) — Технологічний університет Віргінії — одержав замовлення від Національної федерації сліпих США на… створення автомобіля для сліпих. Причому базову концепцію повного автопілота федерація відкинула й висунула умову: сліпий має управляти автомобілем самостійно!

Сполучити несумісне віргінцям усе-таки вдалося. П’ятого лютого цього року глядачі, які зібралися на перегоновій трасі «Дайтона» у Флориді, побачили дивне видовище: сліпий водій, управляючи модифікованим Ford Escape Hybrid, ухилявся від картонних ящиків, які летіли з вантажівки, що їхала спереду! Виконавчий директор Інституту Джернігана Національної федерації сліпих Марк Ріккобоно, який сидів за кермом, устигав не тільки уникати зіткнень, а й дотримуватися всіх поворотів траси. У підсумку сліпому на швидкості 40 км/год. удалося й зовсім обігнати вантажівку. Цікаво, що на навчання двох сліпих водіїв пішло менше місяця.

Як же конструкторам удалося об’єднати навігаційний автоматизований комплекс із волею сліпої людини? Комп’ютер, як і у випадку повного безпілотника, справ­но аналізував дорожню ситуацію й подавав підказки сліпому водієві. Треба було ввести п’ять команд: «швидше», «повільніше», «право­руч», «ліворуч», «стоп». Спе­ціальне сидіння повідомляє  ці команди людині вібра­цією. Крім цього, підказки передаються водієві голосом і за допомогою спеціальних рукавичок, у які теж умонтовані вібровипромінювачі. Що сильніша вібрація, то крутіше поворот і то сильніше треба повернути кермове колесо.

Нашумілий останнім часом автоматизований авто­мобіль Google, який подолав у безпілотному режимі вже близько 300 тис. км, якщо розібратися, теж бере початок у змаганнях DARPA. Про це говорять імена його технічних та ідейних керівників: Кріс Урмсон (технічний лідер цього проекту), Майк Монтемерло (розробник ПЗ для DARPA Challenges), Ентоні Левандовскі (створювач першого у світі автономного мотоцикла, який брав участь у пробігу DARPA Grand Challenge). Усі ці інженери в підсумку й створили «гугломобіль», який подолав без участі людини найбільшу відстань серед усіх роботизованих авто­­мобілів.

Бампер у бампер

У порівнянні з названими проектами програма Safe Road Trains for the Environment (SARTRE) здається дитячою забавкою. Однак, якщо скласти список найреальніших і найдешевших рішень у сфері автоматизації, саме SARTRE буде в ньому першим.

Цей проект ініційовано Європейською комісією,­ Інститутом розвитку транспортних засобів (м. Аахен, Німеччина) і Технічним­ дослідним інститутом (Швеція) 2009 року за підтримки компаній Ricardo UK Ltd, Idiada and Robotiker-Tecnalia, Volvo Car Corporation і Volvo Technology. Суть його полягає в побудові напівавтоматичних автомобільних колон. Веде колону професійний водій, який керує вантажівкою або авто­­­­бусом. Усі маніпуляції з органами керування ведучого автомобіля обробляються спеціальним модулем і за радіоканалом передаються учасникам автопоїзда. Отримана інформація є основою для роботи бортового автопілота в кожному з ведених авто, і автономній системі керування залишається тільки стежити за відстанню до учасника колони, який їде попереду, і положенням у власній смузі руху. Про час і місце старту найближчої автоматичної колони в потрібному напрямку можна довідатися за допомогою бортового комп’ютера, підключеного до Інтернету. Ставши ж учасником автопоїзда, водій може залишити керування й займатися своїми справами протягом усього руху.

Така концепція дозволяє розв’язати відразу декілька завдань «малою кров’ю» — від дешевини самого автопілота й до серйозної економії палива: усі учасники колони рухаються бампер у бампер, перебуваючи в «повітряній кишені» автомобіля, який їде попереду, що дозволяє зменшити витрату палива майже вдвічі.

Залишається тільки додати, що наприкінці минулого року в умовах реальних автодоріг успішно пройшла випробування зв’язка із двох автомобілів — ведучого й веденого. До кінця 2012 року ініціатори SARTRE планують завершити випробування в складі вже повноцінних колон, а до 2014—2015 років внести необхідні зміни до законодавства й ПДР для нормативного обґрунтування проекту.