Wyścig Urban Challenge zorganizowany przez Amerykańską Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony Departamentu (DARPA) oraz inne projekty samobieżnych pojazdów wojskowych pokazują jak postęp technologii robotyki może udoskonalić systemy wspomagania kierowcy.
Boss, zrobotyzowany Chevy Tahoe, zajął pierwsze miejsce w wyścigu pojazdów samobieżnych sponsorowanych przez Amerykańską Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Obrony, który odbył się w zeszłym
Czy Wujek Sam potrzebuje w pełni samobieżnych pojazdów-robotów? Biorąc pod uwagę fakt, że na projekty i budowę wojskowych bezzałogowych pojazdów powietrznych, lądowych i podwodnych przekazuje się fundusze rozwojowo-zaopatrzeniowe rzędu miliardów dolarów, można by kategorycznie odpowiedzieć „tak”. Jednak odpowiedź na to pytanie nie jest taka prosta, jeśli do tego wszystkiego dołączymy kwestię kompletnej autonomii.
Wojsko stosuje już pojazdy bezzałogowe i najprawdopodobniej będzie korzystało z jeszcze większej ich ilości w ciągu najbliższych lat. Na przykład dowództwo wojsk lądowych w Iraku i Afganistanie wykorzystuje małe roboty do unieszkodliwiania niewypałów. Projekt wojskowy Systemy Bojowe Przyszłej Generacji (Future Combat Systems) uwzględnia małe, jak i duże bezzałogowe pojazdy naziemne począwszy od Małego Bezzałogowego Pojazdu Naziemnego ważącego niecałe 14 kG aż po 2,5 tonowe Wielozadaniowe Wozy Techniczne i Ciężarówki Wojskowe (zobacz artykuł uzupełniający na stronie 32). Bezzałogowe pojazdy podwodne wykorzystywane są przez Marynarkę Wojenną m.in. do poszukiwania min.
Również niebo nad obszarami objętymi działaniami wojennymi roi się od bezzałogowych samolotów. Steve Zaloga, starszy analityk wojskowy Teal Group i jeden z autorów studium 2008 na temat bezzałogowych statków powietrznych (UAV), mówi, że wojsko w 2006 roku było w posiadaniu 520 samolotów UAV podczas, gdy w roku 2002 miało ich zaledwie 127. – Nie tylko jest coraz więcej aparatów UAV, również wykorzystuje się je znacznie częściej – twierdzi Zaloga, dodając, że te bezzałogowe samoloty w 2006 spędziły w powietrzu ponad 160.000 godzin, podczas, gdy w roku 2002 było to zaledwie 30.000 godzin.
Studium Teal Group przewiduje, że ciągu najbliższych 10 lat na samoloty UAV zostanie przeznaczona kwota sięgająca blisko 55 miliardów dolarów, z narastającymi wydatkami od 3,4 miliardów dolarów w roku 2008 do 7,3 miliardów dolarów do roku 2017. – Niemalże sto procent tych wydatków poniesie wojsko. W chwili obecnej nie ma czegoś takiego jak cywilny rynek samolotów UAV – stwierdza Zaloga.
Bezzałogowy, jednak, nie koniecznie oznacza autonomiczny. Pojazdy bezzałogowe znajdują się gdzieś na granicy autonomiczności – która swym zakresem obejmuje pełną zdalną kontrolę przez operatora, aż po niezależne działanie bazujące wyłącznie na programowaniu. Zdaniem Zalogi, konstruktorzy samolotów bezzałogowych unikają całkowitej autonomii z powodu powszechnie przyjętego w wojsku mniemania, że to właśnie człowiek może najlepiej przetwarzać dane systemu czasu rzeczywistego gromadzone przez pojazdy rozpoznawcze UAV. – Nawet nowsze platformy UAV, które śmiało mogłyby być obsługiwane bez konieczności kontroli człowieka, najprawdopodobniej takie nigdy nie będą – przewiduje.
Inaczej ma się rzecz z pojazdami naziemnymi, które pod względem operacji autonomicznych, poszły ostatnimi czasy w przeciwnym kierunku. W zeszłym miesiącu perspektywa rozwoju pojazdów-robotów rozmiaru ciężarówki uczyniła kolejny krok naprzód w momencie, gdy Amerykańska Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony Departamentu (DARPA) przeprowadziła wyścig pod nazwą Urban Challenge, obecnie najtrudniejszy test pełnowymiarowych pojazdów zrobotyzowanych.
W przeciwieństwie do dwóch poprzednich wyścigów, które odbyły się na pustyni, Urban Challenge przeprowadzony został na ulicach bazy wojskowej sił zbrojnych Georg Air Force Base pod Victorville, Kalifornia, w miejscu, które wykorzystywane jest przez wojsko do szkolenia oddziałów wojskowych w zakresie działań wojennych na terenie zabudowanym. W wyścigu tym pojazdy-roboty, ogółem 11 fi- nalistów, musiały nawigować wzdłuż toru symulującego różnorodność warunków panujących na drogach miejskich. Roboty musiały włączyć się w ruch uliczny, przejeżdżać przez skrzyżowania i ronda, znajdować i wjeżdżać do miejsc parkingowych – jednocześnie unikając pozostałych poruszających się pojazdów oraz przeszkód statycznych. A to co może świadczyć o przewadze tych pojazdów-robotów nad kierowcami, którzy ledwo zdali egzamin na prawo jazdy, to fakt, że roboty te, aby uniknąć ryzyka dyskwalifikacji, musiały przestrzegać przepisów drogowych obowiązujących w Kalifornii.
Pojazdy musiały pokonać całą trasę wyścigu bez kierowcy i bez operatora ze zdalnym drążkiem sterowniczym. Zamiast tego pojazdy te musiały same podejmować decyzje mając do dyspozycji ogromne ilości danych z komputera pokładowego, czujników i skomplikowanego oprogramowania. – Wszystkie pojazdy biorące udział w wyścigu były po prostu zadziwiające. Jedenaście pojazdów samobieżnych było w stanie przemierzyć skomplikowaną trasę wchodząc jednocześnie w interakcję ze sobą nawzajem, jak i z innymi 50 pojazdami prowadzonymi przez kierowców. Był to niezmiernie ważny dzień dla robotyki – stwierdza Chris Urmson, dyrektor ds. technologicznych ekipy Tartan Racing z Carnegie Mellon, zwycięscy wyścigu.
Osiągając średnio około 22,5 km/h na odcinku 90 km, “Boss” Tartana, zrobotyzowany 2007 Chevy Tahoe naszpikowany czujnikami, zakończył wyścig około 20 minut przed drużyną sklasyfikowaną na drugiej pozycji. Ekipa Tartan Racine otrzymała za swe starania nagrodę o wartości 2 milionów dolarów w gotówce. A DARPA odniosła prawdziwy sukces umożliwiając prezentację technologii robotyki, która wprowadziła duże, w pełni samobieżne pojazdy w sferę realnej rzeczywistości.
Jednak, ostatecznie największym zwycięzcą mogą okazać się konsumenci. Bez względu na to, czy technologie wykorzystywane przez Boss’a i innych fi nalistów będą wykorzystywane na polu walki, niektóre z nich w ciągu najbliższych kilku lat najprawdopodobniej trafią do samochodów cywilnych. – Niektóre systemy, z których korzystaliśmy w Bossie wykazują duże podobieństwo z tymi, które są już dostępne na rynku komercyjnych systemów wspomagania kierowcy – twierdzi Michael Darms, inżynier projektu Continental Automotive oraz członek ekipy Tartan Racing. – Jednak wyścig ten dostarczył również sposobności większego zrozumienia mechanizmu samobieżnego i to w takim stopniu, który w przyszłości może okazać się przydatny dla kierowców. – Funkcje tego mechanizmu obejmują ulepszony układ hamulcowy oraz bezpieczeństwo zmiany pasa ruchu, parkowania i poruszania się przez skrzyżowania ulic.
‘Boss’
Interesującym jest aspekt wyścigu, który odnosi się do tego, co ekipa Tartan Racing, jak również inni finaliści, zdołali osiągnąć przy zastosowaniu technologii komercyjnej.
Boss zawiera różnorodne systemy radarowe, zarówno komercyjne, jak również te przyszłej generacji, oraz czujniki laserowe firmy Velodyne i SICK. Tak jak wielu finalistów, tak i Boss bazował na gotowym systemie lokalizacyjnym pojazdu Applanix, który łączy globalne pozycjonowanie z danymi inercyjnymi w celu śledzenia lokalizacji pojazdu. System nabiera mocy obliczeniowej z 10 procesorów dwurdzeniowych Intel Duo Core a inżynierowie ekipy Tartan Racing wykorzystali standardowe narzędzia wspomagające tworzenie oprogramowania. – To prawda, że skorzystaliśmy z wielu łatwo dostępnych technologii – twierdzi Urmson. – Jednak o naszej innowacyjności świadczy to, w jaki sposób z nich skorzystaliśmy.
Urmson podkreśla fakt, że w swym zwycięskim pojeździe ekipa Tartan Racing zdołała stawić czoła dwóm poważnym wyzwaniom. Jedno z nich to integracja systemu i architektura kontroli. – Zakres systemu pozwala zaliczyć go do raczej obszernych – dodaje Urmson.
Pojazdy MULE skonstruowane na 2,5 tonowej platformie będą obejmowały wersje przeznaczone do celów transportu, działań przeciwminowych oraz szturmu zrobotyzowanych pojazdów
uzbrojonych.
Określenie „obszerny” jest delikatnie mówiąc umniejszeniem faktów. Boss przyjmuje, analizuje i przetwarza dane zgromadzone przez 19 różnych czujników i system lokalizacyjny. Operacje te wykonuje z 0,2 sekundową reakcją, która w przybliżeniu równa jest czasowi reakcji typowego kierowcy. Urmson twierdzi, że w każdym danym momencie za pośrednictwem procesorów Intel Core Duo rozproszony system kontroli Boss’a obsługuje 100 procesów.
– Około połowa z nich rejestruje dane natomiast druga połowa zajmuje się podejmowaniem decyzji, planowaniem ruchu i percepcją wysokopoziomową – dodaje. Złożoność tego w pełni autonomicznego prowadzenia pojazdu polega na tym, że Boss co 12 godzin generuje około jednego terabajta danych telemetrycznych. Jego oprogramowanie składa się z 300.000 wierszy kodów.
Drugim wyzwaniem robotyki, być może o większym znaczeniu, aniżeli te dotyczące niepowtarzalnej integracji systemów Tartan Racing, jest możliwość obdarzenia Boss’a umiejętnościami jazdy analogicznymi do tych, które posiada sam kierowca. Jest to zadanie, które wymagało przełomu w systemach percepcyjnych bazujących na czujnikach, jak również w planowaniu ruchu robotów i ich algorytmów zachowawczych.
Zdaniem Urmson’a kwestia percepcji jest szczególnie problematyczna. – Zrozumienie tego, co dzieje się w zewnętrznej rzeczywistości, które obiekty poruszają się, a które nie i jak pojazd odnosi się do tych czynników zewnętrznych, jest prawdziwym wyzwaniem – dodaje. Jest to wyzwanie, któremu inżynierowie ekipy Tartan Racing stawili czoła dzięki technologii, która komasuje dane z czujników uzupełniających tworząc szczegółowy obraz otoczenia robota. Zgodnie z wyjaśnieniami Urmson’a jednostki radarowe zajmują się głównie wyczuwaniem dalekosiężnym – do odległości około 150 m – podczas gdy czujniki laserowe zapewniają wyczuwanie o bliskim zasięgu. Zasadniczo oba rodzaje czujników współpracują ze sobą w celu zidentyfi kowania poruszających się pojazdów, jak i obiektów statycznych. Darmo, którego każdy dzień pracy w firmie Continental związany jest z technologią wspomagania kierowcy, nazywa ten system czujników Fuzją Czujnikową i twierdzi, że z percepcyjnego punktu widzenia to on decyduje o unikatowości Boss’a. – Po raz pierwszy w branży motoryzacyjnej taka duża ilość czujników różnego typu została pomyślnie połączona – dodaje.
Jeśli chodzi o planowanie ruchu, inżynierowie ekipy Tartan Racing napisali algorytmy, które mogą generować optymalne trajektorie po obu stronach drogi, jak i w miejscach parkingowych. Urmson mówi, że Boss posiada możliwości kalkulacji 1.000 trajektorii/ sekundę. – W trakcie jazdy po drodze szybko rozwijamy przed pojazdem możliwe trajektorie, te którymi pojazd mógłby pojechać przy uwzględnieniu granicy przyspieszenia. Następnie sprawdzamy każdą z nich, aby zobaczyć, czy przecina się ona z jakąkolwiek przeszkodą. Z trajektorii, które nie napotykają na żadne przeszkody wybieramy taką, która umożliwia trzymanie się środka pasa – twierdzi. W miejscach parkingowych stosujemy jeszcze bardziej skomplikowany algorytm w celu objaśnienia wszelkich możliwych sposobów przemierzania przez pojazd otwartej przestrzeni
Kolejny przełom w dziedzinie robotyki, jaki został dokonany w pojeździe Boss dotyczy systemu zachowawczego, który zarządza, jak to ujął Urmson, – taktycznymi decyzjami związanymi z jazdą. – System ten, na przykład, wspomaga Boss’a w opanowywaniu nieprzewidzianych okoliczności na skrzyżowaniach – na zasadzie nie tylko „kto pierwszy” ale także „a co jeśli nie ten pojazd pojedzie pierwszy,” lub „a co jeśli samochód zatrzyma się na środku skrzyżowania.”
System ten, który nie był stosowany w pojazdach ekipy Tartan Racine w poprzednim wyścigu Grand Challenge organizowanym przez DARPA, jest odpowiednikiem zdrowego rozsądku. Urmson opisuje system zachowawczy jako – z zasady bazującej na zasadach – jednak dodaje, że ma on również wbudowane inne rodzaje inteligencji. System wyłaniał pomocne nowopowstające zachowania – tzn. takie, które nie były bezpośrednio ujęte w programowaniu zainstalowanym w Bossie.
Jeśli istniałby aspekt związany z projektem Boss’a, o którym można byłoby powiedzieć, że sprawił ekipie inżynierów najmniej kłopotów, byłoby to elektromechaniczne uruchomianie przepustnicy, hamulców, kierownicy i przesuwnicy. Urmson zauważa, że technologia uruchamiania jest lepiej rozumiana w otoczeniu inżynieryjnym, aniżeli percepcja robotów czy technologie zachowawcze. Jednak nie bagatelizuje on znaczenia jej udoskonalania. – W takim projekcie, jak ten nic nie jest proste, – dodaje. – Jest to raczej kwestia różnych stopni trudności.
Cała ta ciężka praca ma bez wątpienia dużą wartość dla wojska, jednak nie koniecznie oznacza to, że w ciągu najbliższych paru lat ciężarówki-roboty wjadą na pole walki.
Jak podkreśla Zaloga z ekipy Teal Group pełnorozmiarowe naziemne pojazdy-roboty mogą napotkać te same przeszkody, co samoloty UAV. – Wciąż istnieje obawa, że w pełni samobieżnym pojazdom naziemnym może brakować świadomości sytuacyjnej i zdrowego rozsądku kierowcy, – dodaje Zaloga.
Ponieważ w pełni samobieżne pojazdy wciąż przechodzą proces dynamicznego rozwoju, za wcześnie jest, aby stwierdzić, czy przeszkody te wezmą górę nad potencjalnymi korzyściami w sferze bezpieczeństwa wojsk. W międzyczasie jednak nie bądźcie zaskoczeni, jeśli przypadkiem zobaczycie pojazd SUV bez kierowcy wjeżdżający na parking przy lokalnym supermarkecie.
dn
|
Wojskowe bezzałogowe pojazdy wielozadaniowologistyczne MULE
Na pierwsze rzut oka bezzałogowe pojazdy naziemne konstruowane w ramach wojskowego projektu Systemów Bojowych Przyszłej Generacji wykazują nieporównywalną różnicę w stosunku do zrobotyzowanych pojazdów użytkowych typu SUV, które brały udział w poprzednim wyścigu Urban Challenge organizowanym przez DARPA. Różnica ta jest analogiczna do tej pomiędzy małym Hummer’em jeżdżącym po ulicach przedmieścia, a najciężej opancerzonym wozem Humvee stacjonujących w Iraku.
Jednak jeśli chodzi o autonomiczny system nawigacji, pojazdy DARPA i Wielozadaniowe Pojazdy Logistyczne (MULE) FCS mają ze sobą wiele wspólnego. – Wykorzystujemy wiele tych samych technologii nawigacji autonomicznej, co pojazdy DARPA, – stwierdza dr. Alan Walls, specjalista ds. bezzałogowych pojazdów naziemnych w Future Combat Systems i wiceprezes Science Applications International Corporation (SAIC), jednego z czołowych integratorów systemów dla programu FCS.
Platforma MULE, obejmująca warianty dla transportu, rozpoznania walką i misji przeciwminowych, będzie nawigowała pod kontrolą czujników i złożonych algorytmów oprogramowania. Podobnie, jak w przypadku pojazdów DARPA, pojazdy MULE mogą z dumą pochwalić się różnorodnością technologii wyczuwania komplementarnego – włącznie z LIDAR, radarem z falą o długości jednego milimetra, układami optycznymi na wszystkich bokach, jak i systemem lokalizacyjnym pojazdu, który łączy GPS i dane inercyjne. Walls mówi, iż możliwe jest, że pojazdy MULE wyposażone będą w nowoczesne czujniki, w szczególności LIDAR o podwyższonej rozdzielczości, niedostępny dla ekip DARPA. Jednak samo podejście do technologii czujników pozostaje takie samo.
Podobnie również, jak w przypadku pojazdów DARPA, przedstawia się kwestia rozwoju systemu nawigacji automatycznej pojazdów MULE, która w znacznej mierze związana jest z planowaniem ruchu i algorytmami zachowawczymi umożliwiającymi inteligentne poruszanie się pojazdu po trudnym terenie, omijanie przeszkód i samodzielne podejmowanie taktycznych decyzji.
Być może największą różnicę pomiędzy pojazdami demonstracyjnymi DARPA, a rzeczywistymi pojazdami MULE stanowi tak zwany czynnik drążka sterowego. W przeciwieństwie do pełnej autonomiczności demonstrowanej podczas wyścigu DARPA, pojazdy MULE działają na zasadzie połowicznej autonomiczności – połączenia autonomicznej nawigacji ze zdalnym sterowaniem niektórych funkcji pojazdu. – Łączą oni autonomię z nadzorem człowieka, – dodaje Walls.
Zadania, które wymagają kontroli ze strony człowieka wskazują na aktualne ograniczenia w dziedzinie autonomiczności – zarówno z punktu widzenia technologii, jak i naszych chęci powierzania robotom realizacji zadań wymagających oceny człowieka. Na przykład człowiek może sięgnąć po drążek sterowy w momencie, gdy pojazd MULE musi przebyć wyjątkowo trudny teren, w szczególności w przypadku, gdy teren zmienia się względem zaprogramowanego w pojeździe MULE punktu orientacyjnego. – Wtedy pojawią się niewiadome, które będą wymagały ingerencji człowieka, – dodaje.
Kolejną istotną dziedziną, w której wojsko wolałoby zachować kontrolę człowieka to broń palna. Walls mówi, że regulamin FCS wymaga, aby operator wizualnie potwierdził cel przed oddaniem strzału. – Pojazdy MULE nie wystrzelą broni automatycznie – dodaje. I to najprawdopodobniej nie zmieni się w najbliższym czasie. |
