Автомобили - А голова – в багажнике!

«Босс» в «Городе роботов»
Готовы ли автономные автомобили, управляемые компьютерами, к реальному городскому миру с многочисленными нарушителями, припаркованными у обочин автомобилями, сложными перекрестками и сумасшедшим движением?

Стоит нестерпимая жара. Мы в «Городе роботов» (Robot City) – так прозвали испытательный полигон Университета Карнеги–Меллон, расположенный на берегах питтсбургской реки Мононгахелы. Десятки зрителей жарятся на открытых трибунах, пристально вглядываясь в кольцевой двухполосный испытательный маршрут. Один из наблюдателей поднимает руку и задает вопрос, который сейчас у всех на уме: «А он не выйдет из-под контроля, как Терминатор?»

Он – это Boss («Босс»), роботизированный джип Chevy Tahoe, именно его осматривают сейчас эксперты из DARPA, исследовательского подразделения Пентагона. Минута-другая, и наблюдатели из DARPA передадут организаторам гонки USB-накопитель с цифровыми инструкциями для джипа, и после этого Boss зарычит и тронется с места. Пока это только квалификационный заезд, а впереди – Urban Challenge, гонка автомобилей-роботов, которая будет проводиться в городских декорациях. Пользуясь датчиками и спутниковой навигацией, напрягая свои процессоры, примерно 30 самодвижущихся и самоуправляющихся экипажей отправятся в 100-километровую гонку по городским улицам, перекресткам и даже парковкам. Однако для того чтобы выйти в финал, Boss должен пройти сегодняшнее испытание. В сложную программу контрольных упражнений включены такие трюки, как объезд припаркованного автомобиля и поворот на перегруженном перекрестке. Неудивительно, если после таких издевательств робот восстанет против своих создателей.

Сегодня всем этим увлекательным шоу заправляет Билл Месснер, представитель гоночной команды Tartan, родившейся от союза CMU (Университет Карнеги–Меллон) и General Motors. На висящий в воздухе вопрос Месснер отвечает так: «Наш Boss, конечно же, не такой крутой, как Терминатор, к тому же злые гигабайты стоят куда дороже, чем добрые».

Трибуны отзываются на шутку смехом, но меня тревожат не столько злые намерения робота, сколько его неуклюжесть и бестолковость. На предыдущих гонках DARPA (см. «ПМ» № 12’2005) самоуправляемые экипажи то и дело сбивались с курса и врезались в ограждения. Что помешает «Боссу» спокойненько задавить кого-нибудь из зрителей? Разве что бетонные баррикады, отделяющие трибуны от трассы, и дистанционный «стоп-кран», включающий тормоза и отключающий автономное управление. Кроме того, конструкторы предусмотрели средства предупреждения пешеходов, которые случайно окажутся у робота на пути. Когда у внедорожника запускается двигатель, на его крыше начинает крутиться мигалка, а перед стартом включается оглушительная сирена. Но это все для тех, кто снаружи, а вот мне суждено прокатиться ВНУТРИ этого чудовища.

Если смотреть на вещи трезво, пока что роботизированные самодвижущиеся агрегаты представляют опасность не столько для окружающих, сколько для самих себя. Уже в 2004 году первые гонки DARPA показали ограниченные возможности этих механизмов. Из 15 автономных аппаратов ни один не дошел до финиша, и приз в $1 млн остался не востребован. В пустыне, от Калифорнии до Невады, был проложен специальный маршрут длиной 227 км, но он не пригодился: никто из участников не смог миновать даже восьмую милю. У кого-то отказала спутниковая навигация, кто-то уперся в фантомные препятствия, возникавшие на пути из-за чрезмерно чувствительных датчиков. Повторные гонки в 2005 году для многих участников, вернувшихся в пустыню с радикально переработанными машинами, стали истинным реваншем. К финишу пришло пять роботов, и «Стэнли» из Стэнфорда завоевал двухмиллионный приз. Все говорили о грандиозном успехе, хотя 18 команд дойти до финиша так и не смогли.

Нынешние гонки, назначенные на 3 ноября, обещают быть самыми сложными. Мы увидим нечто среднее между сдачей экзамена на права и настоящими гонками. От роботов потребуется совершить множество маневров (влиться в общий поток, двигаться по маршруту, парковаться) и при этом остаться невредимыми. Более того, весь маршрут нужно будет пройти максимум за шесть часов. И если в 2005 году испытание выдержала только четверть участников, не станут ли гонки Urban Challenge полным провалом?

«Успех нам отнюдь не гарантирован, – говорит Уильям Уиттакер, профессор Института робототехники при Университете Карнеги–Меллон и руководитель команды Tartan Racing. – Повседневные дорожные задачи далеко превосходят возможности современной техники. К счастью, DARPA не ждет всего и сразу». От «Босса» не требуется скорость свыше 50 км/ч, распознавание дорожных знаков и навыки параллельной парковки. Ему не нужно уметь перестраиваться на крейсерской скорости через две полосы к выезду с шоссе. Перед ним не будет пешеходов и светофоров.

Квалификационные испытания – предварительная попытка. Представители DARPA и команды Tartan пристально смотрят на дорогу. Участники нервничают из-за жары: справится ли кондиционер с охлаждением электронной начинки – целого сундука из десяти крутых серверов на базе 2-ГГц процессоров Intel Core2Duo? Тем временем джип аккуратно объезжает припаркованную машину, не зацепив ни одного оранжевого конуса. «У стэнфордской команды с этим упражнением были проблемы, – шепчет мне один из тартановских, – но судьи из DARPA разрешили пройти тест заново».

Да, робототехники ревниво относятся к Стэнфорду: перед гонками 2005 года Университет Карнеги–Меллон считался фаворитом, однако обе машины этой команды пропустили вперед «Стэнли» и пришли к финишу второй и третьей. В течение ближайших нескольких месяцев такие же квалификационные испытания пройдут еще 53 команды, но до финальной гонки допустят только двадцать.

В 2005-м Boss без предупреждения пошел на второй круг. Как объясняет Крис Урмсон, главный разработчик команды Tartan, в момент аварийной остановки джип проскочил по инерции одну из промежуточных точек GPS-навигации. У финиша он зафиксировал недостачу, счел задачу невыполненной и успокоился лишь после того, как повторил весь цикл. Позднее «Босс» не пропустил на перекрестке согласно правилам две другие уже стоявшие там машины, а дождался, когда проедет одна из них, и после этого сразу сам пошел на поворот. Здесь, как объяснил Урмсон, снова имело место недопонимание условий задачи. Правила состязаний гласят, что робот должен пропустить другой автомобиль, если последний расположен в пределах метра от стоп-линии. Однако датчики Boss определили, что другая машина стоит от линии в полутора метрах, а потому робот «с чистой совестью» поехал через перекресток. На этом примере видны как достоинства, так и недостатки компьютерного мышления. Робот неукоснительно следовал правилам, но будь на его месте живой водитель, мы сочли бы его поведение опасным.

Но вот экзамен окончен, представители DARPA покинули площадку, дав положительную оценку. Несколько часов маневров не слишком впечатлили меня. Точнейшая GPS-навигация позволяет роботу спокойно идти по маршруту со скоростью чуть выше 20 км/ч. Ощетинившись во все стороны камерами, лазерными дальномерами и радарами, аппарат действует разумно и осторожно, как ученик на курсах автовождения, хотя упрямые компьютерные мозги уже заставили робота принять два крайне настораживающих решения. Если «Босса» выпустить в настоящие городские джунгли, отнять у него запрограммированные по координатам GPS маршруты, заставить подчиняться огням светофоров и знакам, ограничивающим скорость, да еще пустить перед ним совершенно непредсказуемых пешеходов, он, скорее всего, снизит скорость до черепашьего шага или вообще впадет в кому.

Зато здесь, в «городе роботов», джип ведет себя так же послушно, как старая цирковая лошадь, и я хладнокровно забираюсь на заднее сиденье, ожидая спокойной прогулки по окрестностям. Как оказалось, у «Босса» другие планы.

Электронная начинка, плотно упакованная за моей спиной, пышет жаром. Джип делает резкий рывок. Невидимые руки крутят баранку с удивительной грубостью. «Босс» резко тормозит перед каждым поворотом, потом бешено газует, не обращая внимания на человека, который болтается в салоне, как манекен. Мне с трудом удалось выразить свои впечатления в словах. «Босс» не пытается водить как человек. Он прямолинеен и ведет машину без нежностей и полумер, с холодной двоичной логикой. Если отвлечься от вопросов комфорта, я чувствую себя в большей безопасности, чем когда за рулем сидит почти любой из моих знакомых. Впрочем, «Боссу» на меня наплевать – его строили не для того, чтобы возить пассажиров. Его задача – переиграть других роботов, таких же холодных и логичных.

Экзаменационные билеты На первый взгляд все задания – как упражнения для начинающих в автошколе, но не забывайте, что для робота даже такие простые маневры представляют собой серьезную задачу. Здесь мы показываем некоторые тесты, которые будут в этом году предъявлены «Боссу» и его конкурентам на состязаниях DARPA Urban Challenge.

Чтобы продемонстрировать свою способность к принятию правильных решений, Boss должен по всем правилам и не создавая опасных ситуаций пройти перекресток, причем на трех остальных направлениях будут находиться автомобили, управляемые людьми.

Роботы на состязаниях Urban Challenge должны отказаться от дурной привычки «висеть на хвосте». Обязательное требование – безопасная дистанция. На каждые 16 км/ч скорости дистанция должна составлять как минимум один корпус автомобиля. На перекрестке дистанция не меньше двух метров.

Когда Boss будет объезжать припаркованную машину, от него потребуется, чтобы до заднего бампера стоящей машины и после ее переднего бампера оставалось расстояние не меньше длины корпуса автомобиля. На свою полосу он должен вернуться, проехав не больше, чем четыре длины автомобиля.

Система спутниковой навигации GPS задает систему координат для всех остальных датчиков, установленных на автомобиле. Помимо спутниковой информации Boss использует инерциальную навигационную систему – это устройство вычисляет координаты, контролируя положение и скорость вращения колес, а также ускорение машины. Такое дублирование бывает полезно, когда сигнал GPS оказывается временно недоступен. В память робота загружаются все координаты маршрута с такой точностью, какая вряд ли доступна для обычных автомобильных навигационных систем.

На автомобиле установлены радар дальнего действия и радар ближнего действия. Максимальная дальность – 150 м, а точность – от 1 м до 25 см. Поскольку у каждого радара бывают свои ошибки и слепые пятна, исключительно на радар полагаться нельзя. Так, к примеру, валяющаяся на дороге пустая пивная банка может послужить хорошим отражателем импульсов, и радар воспримет ее как внушительное препятствие.

Лидар представляет собой лазерный радар, то есть радар, действующий в диапазоне видимого света и ИК-диапазона. Система из дальномеров ближнего, среднего и дальнего радиуса действия посылает лазерные импульсы и анализирует отраженный свет. Лидары, установленные на нашем роботе, имеют дальность действия 150 м и способны видеть межполосную разметку и стоп-линии с точностью до 5 см. С другой стороны, их легко ввести в заблуждение неожиданным уклоном на дороге, а также «ослепить» клубами пыли и дыма.

На роботе смонтированы две оптические камеры, направленные вперед (они аналогичны тем, что ставят на серийных машинах с системами оповещения о выходе со своей полосы). Их угол зрения – 45 и 90 градусов. Они могут разглядеть дорожную разметку на большем расстоянии, чем лидар ближнего действия. Однако и у камер есть слабые места, известные любому фотографу и водителю: им не нравится, когда их направляют в сторону заката или рассвета.