… для автомобилей-роботов из армии будущего

Представьте себе картину. 13 марта в 6.30 по местному времени, когда еще и солнце не вставало, с окраины калифорнийского городка Барстоу в направлении Лас-Вегаса одна за другой стартовали гоночные автомобили. Они с 5-минутным интервалом уходили на трассу, проложенную через калифорнийскую пустыню, как в обычном ралли, с одним лишь, но существенным отличием: пилот лишь подводил автомобиль к стартовой черте, а потом… покидал кабину. Весь дальнейший 350-километровый путь машина должна была осуществить под управлением робота.

Такова идея своеобразного турнира, правила которого разработали сотрудники работающего на Пентагон Управления перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ США (DARPA).

В гонках могли участвовать практически все желающие (главное ограничение — обязательная американская «прописка» команды), способные выставить автономного робота, который смог бы пройти нужное расстояние без вмешательства человека, ориентируясь только по спутниковой системе навигации. Маршрут по пустыне Мохаве, состоящий из 1000 опорных точек, был сообщен командам за два часа до старта. При прохождении трассы менее чем за 10 часов (средняя скорость должна быть 35 км/ч) победитель мог рассчитывать на приз в миллион долларов.

Уиттейкер проводит испытания карданова подвеса.

По замыслу, гонка должна повысить интерес специалистов к разработке автономных средств передвижения, способных действовать без экипажа. Если в пути какая-нибудь из машин слишком отклонится от обозначенного маршрута, ее дистанционно отключат.

Многие из представленных на гонке аппаратов оказались похожи на обыкновенные или специальные автомобили со сложной аппаратурой в кабине. Но были и исключения: например, одна из команд представила на соревнование шестиколесный робот, а другая — самоуправляемый мотоцикл.

Из 86 команд, первоначально пожелавших участвовать в гонке, жюри отобрало только 25. Из них на заключительном этапе соревнований на старт вышли 15. Среди участников наряду с представителями таких серьезных учреждений, как, например, Институт робототехники Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге, были и ученики одной из калифорнийских школ.

Фаворит гонки — красный Sandstorm («Песчаная буря») на базе внедорожника Hummer М998.

Собственно, соревнование под громким названием «Большой вызов» состоит из двух этапов. Первый из них — это квалификационный заезд. Здесь роботы должны продемонстрировать способность самостоятельно передвигаться и объезжать различные естественные и рукотворные препятствия — овраги, водные преграды, линии электропередачи… От машин требуется умение двигаться по дорогам с разным покрытием, поскольку на протяжении главной трассы соревнований, помимо асфальтированных, есть грунтовые, песчаные и каменистые отрезки дорог.

Аппараты, прошедшие испытание на прочность, выносливость и сообразительность, смогли принять участие в главной гонке.

Хотя основной упор был сделан на умение ориентироваться и правильно выбирать маршрут, «физическая» выносливость, а точнее, возможность быстрого передвижения и маневрирования, а также способность «выживать» в тяжелых условиях тоже очень важны. Поэтому неудивительно, что прототипами гонщикам послужили гражданские и военные внедорожники.

Так, например, команда Университета штата Огайо Team Теггашах установила два радара, шесть видеокамер и четыре лазерных сканера на огромном трехосном грузовике. Однако увеличение количества датчиков может и навредить: каждый из них посылает мощный поток информации, и компьютеры робота могут не справиться с ее обработкой. Поскольку машина подпрыгивает и трясется, результаты локационных обзоров могут показаться роботу противоречивыми и сбить его с толку. К тому же совсем не просто объединить данные от воспринимающих устройств разных типов: лазерные сканеры генерируют облака точек, радары выдают прямоугольные отметки, а стереокамера формирует так называемую карту несоответствий. Нужно быть очень осмотрительным, чтобы совместить достоинства датчиков, а не их недостатки.

Карта трассы гонки.

Среди лидеров, как уже говорилось, числилась команда из питтсбургского Университета Карнеги-Меллона под предводительством профессионального конструктора роботов Уильяма Уиттейкера, выставившая на старт красный четырехколесный Sandstorm («Песчаная буря») на базе внедорожника Hummer М998.

Сделать автомобиль-робот не так уж сложно, считает руководитель команды. В Институте робототехники Уиттейкеру уже приходилось строить самоуправляющиеся машины для разбора завалов, уборки урожая, составления карт горных выработок и поиска метеоритов в Антарктиде. Под его же руководством были построены два самоходных робота для обследования вулканов. Однако он прекрасно понимал, что оснастить вездеход необходимым оборудованием — лишь часть дела. Главное отладить приборы так, чтобы в пути не было сбоев.

Кроме того, чтобы выиграть, Sandstorm должен двигаться со средней скоростью не менее 10 м/с (36 км/ч), т. е. примерно в 10 раз быстрее экспериментальных роботов, созданных в ходе четырехлетней программы DARPA по разработке наземных транспортных средств, функционирующих без вмешательства человека.

На схеме Sandstorm цифрами обозначены:

_{1 — видеопроцессор; 2 — стереокамера; 3 — лазер дальней зоны; 4 — пневмопривод; 5 — антенна радара; 6 — лазер ближней зоны; 7 — ограждение радиатора; 8 — амортизатор; 9 — электронный блок; 10 — дизель-генератор для питания оборудования; 11 — сверхточный измеритель пройденного расстояния; 12 — компьютер управления; 13 — навигационный компьютер; 14 — компьютеры принятия решений; 15 — винтовые пружины и амортизаторы; 16 — лазер ближней зоны задней полусферы; 17 — антенны GPS-системы.}

Тем не менее, 30 апреля 2003 года в конференц-зале Института робототехники Университета Карнеги-Меллона встал высокий человек и заявил: «Разрешите представиться: Уиттейкер, директор Центра полевой робототехники. Я намерен возглавить одну из команд и привести ее к победе в Лас-Вегасе. Добровольцев прошу подойти ко мне»…

Из нескольких десятков записавшихся энтузиастов предстартовую гонку выдержали лишь 14 человек. Последние недели им пришлось работать буквально сутками, мерзнуть и мокнуть во время полевых испытаний. Причем, Уиттейкер прекрасно понимал, что шансов выиграть у команды не так уж много. Даже саму возможность того, что Sandstorm просто доедет до финиша, он никогда не оценивал выше, чем в 40 процентов.

И он оказался прав. До финиша 350-километрового маршрута не добрался ни один из участников. Все они по тем или иным причинам были вынуждены остановиться.

Наш герой Sandstorm, например, попросту заплутал в пустыне и не смог прибыть к финишу в указанный срок. Впрочем, здесь, как и в Олимпийских играх, участие куда важнее победы, заявил Уиттейкер по окончании соревнований. И, похоже, не один он так считает. Когда профессор спросил свою «Красную команду», кто хочет продолжить участие в соревнованиях на следующий год, руки подняли все.