Пилот для беспилотника
Автомобилестроители клятвенно обещают через четыре года усадить за руль роботов.
Ларри Бёрнс, вице-президент General Motors, заявил, что 2015 год — срок появления на дорогах полностью беспилотных экипажей. Конгресс США обязал подразделение Пентагона DARPA к этому времени довести количество автомобилей без водителя в вооруженных силах до трети. Прагматичные европейцы обещают к 2014—2015 годам не только ввести систему автоматизированных автопоездов на основных дорогах, но и подготовить для этого законодательную базу.
На чем же основаны столь оптимистичные заявления и прогнозы в сфере, где на сегодняшний день полной автоматизацией даже не пахнет?
Цель и порядок
Еще шесть лет назад все попытки построить управляемый автоматикой экипаж напоминали любительские игры — то одна, то другая автокорпорация представляла собственные концепты с элементами участия в управлении компьютерных систем, не пытаясь решить задачу комплексно.
В 2004 году проблемой всерьез озаботились военные: подстегнутое постановлением конгресса США агентство разработки высокотехнологичных оборонительных решений DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) решило привлечь к созданию беспилотной технологии частную инициативу и организовало соревнования DARPA Grand Challenge.
Для получения главного приза — миллиона долларов — участникам поставили задачу: автоматизированное авто должно самостоятельно пройти путь в 250 миль — от города Бэрсто (штат Калифорния) до Лас-Вегаса. Заезд проходил по пустынной местности, а по пути следования военные соорудили несколько препятствий в виде канав, рытвин и баррикад из покрышек. Несмотря на несложное задание, соревнования приостановили через пять часов: все беспилотники вышли из строя или же были принудительно отключены ввиду беспорядочности движения.
Жаловаться на непрофессионализм участников не приходилось: все роботы были построены либо на базе технических вузов, либо представляли технологические компании с весьма приличными бюджетами. В частности, стоимость беспилотника Sandstrom команды Mellon Carnegie равнялась $3,4 млн. Возможно, слишком мал был приз для привлечения серьезных участников? Тоже нет. Ведь победа в заезде, кроме денежного вознаграждения, автоматически подразумевала внедрение технологии и гигантский военный заказ. Так что побороться было за что!
На самом деле соревнования лишь выявили прискорбный факт: по состоянию на март 2004 года человечество не располагало сколь-нибудь реальной концепцией беспилотного автомобиля. А о технической сложности этой задачи говорило признание одного из участников соревнований: только информационный поток с главного лазерного сенсора робота превышал 1 гигабит в секунду. Обрабатывались данные самыми совершенными на тот момент вычислительными комплексами: «мозг» упомянутого выше Sandstrom состоял из сервера на 64-битном процессоре Itanium, трех двухпроцессорных станций Xeon и восьми встроенных компьютеров.
Однако уже в следующем году большинство автоматов успешно справилось с поставленной задачей. А в 2007-м организатор заездов предложил участникам испытать беспилотники в условиях, максимально приближенных к городским. Соревнование получило название DARPA Urban Challenge, а главный приз был увеличен до двух миллионов долларов. Кроме того, миллион обещали за вторую ступеньку пьедестала и 500 тысяч — занявшему третье место.
Для проведения соревнований выбрали армейский тренировочный полигон на бывшей авиабазе George Air Force Base в Викторвилле, Калифорния, где подразделения армии США отрабатывают приемы проведения операций в городских условиях. Легкостью задание для беспилотников не отличалось: это была настоящая миссия протяженностью в 90 км с движением по различным улицам, пересечением перекрестков, изменением потока, преодолением транспортных мостов-развязок, выездов-заездов на парковки и площадки. При этом движение должно было подчиняться общим ПДД, а лимит времени составлял 6 часов.
DARPA Urban Challenge показал, что в ноябре 2007 года беспилотный автомобиль — уже не фантастика: шесть роботизированных экипажей успешно прошли всю дистанцию. Призовые же $2 млн за первое место ушли команде Tartan Racing, созданной из специалистов университета Карнеги-Меллона (Carnegie Mellon University) и компании General Motors. Их машина Boss, построенная на основе Chevrolet Tahoe, преодолела дистанцию за 4 часа, показав среднюю скорость около 22 км/ч. И нужно отдать должное агентству DARPA, впервые в истории положившему начало системному подходу в сфере разработок автомобилей-беспилотников.
Гражданское наследие
Во время подготовки к соревнованиям DARPA на горной гоночной трассе Pikes Peak International Hill Climb проходило тестирование беспилотников Stanley и Junior, изделий центра автомобильных исследований Стэнфордского университета. Несмотря на то, что эти авто с пилотом-компьютером занимали призовые места в соревнованиях, средняя скорость, показанная роботами на горной трассе, составляла 40 км/ч. При том, что скорость лучших гонщиков приближается к 150 км/ч. Получается, что беспилотнику никогда не сравниться с человеком? Именно это утверждение пытаются опровергнуть стэнфордцы, объединившись с концерном Audi, лабораторией электронных исследований «Фольксваген» и компанией Oracle.
Shelley — так назвали свое детище конструкторы — построена на базе Audi TT-S. Кроме обычных для беспилотника лидаров (лазерных дальномеров) и оптических камер в систему навигации включены несколько сверхточных датчиков GPS, способных определять местоположение автомобиля с точностью до 5 см. В качестве программного обеспечения использована связка из Java Real-Time System (Java RTS) и Oracle Solaris. Осенью прошлого года Shelley совершила свой пробный заезд на трассе Pikes Peak. Средняя скорость прохождения участка составила 72 км/ч. Однако создатели уверены: им удастся довести скорость до 130 км/ч.
А вот другой участник соревнований DARPA (3-е место в Urban Challenge) — Технологический университет Виргинии — получил заказ от Национальной федерации слепых США на… создание автомобиля для незрячих. Причем от базовой концепции полного автопилота федерация отказалась и выставила условие: слепой должен управлять автомобилем самостоятельно!
Совместить несовместимое виргинцам все же удалось. Пятого февраля нынешнего года зрителям, собравшимся на гоночной трассе «Дайтона» во Флориде, предстало удивительное зрелище: слепой водитель, управляя модифицированным Ford Escape Hybrid, уворачивался от летящих с идущего впереди грузовика картонных ящиков! Исполнительный директор Института Джернигана Национальной федерации слепых Марк Риккобоно, сидевший за рулем, успевал не только избегать столкновений, но и следовать всем поворотам трассы. В итоге незрячему на скорости 40 км/ч удалось и вовсе обогнать грузовик. Интересно, что на обучение управлению двух слепых водителей ушло меньше месяца.
Как же конструкторам удалось объединить навигационный автоматизированный комплекс со свободной волей слепого человека? Компьютер, как и в случае полного беспилотника, исправно анализировал дорожную ситуацию и давал подсказки для самостоятельного управления незрячему водителю. Всего понадобилось ввести пять команд: «быстрее», «медленнее», «направо», «налево», «стоп». Специальное сиденье сообщает эти команды человеку вибрацией. Кроме этого, подсказки передаются водителю голосом и с помощью специальных перчаток, в которые тоже вмонтированы виброизлучатели. Чем сильнее вибрация, тем круче поворот и тем больше необходимо повернуть рулевое колесо.
Нашумевший в последнее время автоматизированный автомобиль Google, преодолевший в беспилотном режиме уже около 300 тыс. км, если покопаться в его корнях, тоже берет начало в соревнованиях DARPA. Об этом говорят имена его технических и идейных руководителей: Крис Урмсон (технический лидер указанного проекта), Майк Монтемерло (разработчик ПО для DARPA Challenges), Энтони Левандовски (создатель первого в мире автономного мотоцикла, который участвовал в пробеге DARPA Grand Challenge). Все эти инженеры в итоге и создали «гугломобиль», преодолевший без участия человека самое большое расстояние среди всех роботизированных автомобилей.
Бампер в бампер
В сравнении с вышеперечисленными проектами программа Safe Road Trains for the Environment (SARTRE) кажется детской забавой. Однако, если составить список самых реальных и недорогих решений в сфере автоматизации, именно SARTRE займет первую строчку.
Данный проект инициирован Европейской комиссией, Институтом развития транспортных средств (г. Аахен, Германия) и Техническим исследовательским институтом (Швеция) в 2009 году при поддержке компаний Ricardo UK Ltd, Idiada and Robotiker-Tecnalia, Volvo Car Corporation и Volvo Technology. Суть его заключается в построении полуавтоматических автомобильных колонн. Ведет колонну профессиональный водитель, управляющий грузовиком или автобусом. Все манипуляции с органами управления ведущего автомобиля обрабатываются специальным модулем и по радиоканалу передаются участникам автопоезда. Полученная информация служит основой для работы бортового автопилота в каждом из ведомых авто, и автономной системе управления остается лишь следить за расстоянием до впереди идущего участника колонны и положением в собственной полосе движения. О времени и месте старта ближайшей автоматической колонны в нужном направлении можно узнать при помощи бортового компьютера, связанного с Интернетом. Став же участником автопоезда, водитель может оставить управление и заниматься своими делами на протяжении всего движения.
Такая концепция позволяет решить сразу несколько задач «малой кровью», начиная с дешевизны самого автопилота и заканчивая серьезной экономией топлива: все участники колонны движутся бампер в бампер, находясь в «воздушном кармане» впереди идущего автомобиля, что позволяет снизить расход топлива почти вдвое.
Остается лишь добавить, что в конце прошлого года в условиях реальных автодорог успешно прошла испытание связка из двух автомобилей — ведущего и ведомого. К концу 2012 года инициаторы SARTRE планируют завершить испытания в составе уже полноценных колонн, а к 2014—2015 годам внести необходимые изменения в законодательство и ПДД для нормативного обоснования проекта.