Машины, описанные когда-то фантастами, уже мчатся по дорогам Невады и Калифорнии. Не исключено, что совсем скоро, в обозримом будущем человеку уже не найдется места за рулем. Беспилотные автомобили: за и против, проблемы и достижения. Какими станут дороги будущего? На что способны новые автомашины?
Беспилотники осваивают Штаты
Автомобили, мчащиеся по дорогам безо всякого участия человека… Картины будущего, нарисованные фантастами, воплощаются в реальность практически у нас на глазах. Свои автострады для беспилотных автомобилей отважно предоставила Невада. Департамент автомобильного транспорта этого западно-американского штата считает, что Невада может стать популярным местом, где многие компании будут тестировать свои перспективные разработки в реальных условиях. Лицензию в Неваде может получить любой автопроизводитель. По условиям, он обязан перечислить 1 миллион долларов в страховой фонд, а также предоставить подробный план тестирования с картой маршрутов. В соответствии с техрегламентом, во время тестирования в салоне каждого роботизированного автомобиля должно находиться минимум два человека, в том числе один — на водительском сиденье, он должен иметь возможность в любой момент взять управление на себя. Первая лицензия на движение автономных (самодвижущихся) транспортных средств по дорогам общего назначения была выдана в мае 2012 года компании Google.
Беспилотные автомобили оснащаются номерными знаками специального вида, на красном фоне с символом бесконечности. По словам чиновников, символ бесконечности должен символизировать понятие "автомобиль будущего". Красный номерной знак будет легко различим другими водителями и сотрудниками дорожной полиции. После окончания тестирования роботизированным автомобилям будут выдавать не красные, а зелёные номерные знаки. Департамент транспорта Невады рассчитывает, что это произойдёт примерно через 5 лет.
Вслед за Невадой закон, регламентирующий движение беспилотных автомобилей, был принят в Калифорнии. Он вступит в силу в 2013 году. О легализации автономного транспорта подумывают также во Флориде, Аризоне, Оклахоме и на Гавайях.
Пионеры роботомобилей
Идея беспилотного автомобиля впервые была обнародована еще более семидесяти лет назад. В 1939 году на выставке New York World’s Fair компания General Motors представила экспозицию Futurama о том, каким видится ей мир будущего – 1960-х. Среди прочих чудес там был и автомобиль, способный нестись со скоростью 150 км в час без человека за рулем. Правда, такая самостоятельность достигалась не за счет автоматики, анализирующей окружающую обстановку, а благодаря считыванию информации о маршруте, заложенной в дороге. С годами стало понятно, что привязка к дороге – это всего лишь развитие идеи трамвая, также едущего строго по рельсам.
Сходный проект реализован в лондонском аэропорту Хитроу. 22 автономных электромобиля доставляют там пассажиров от терминала к парковке, расположенной примерно в 2 км. Ездят они по специально выделенным полосам, что практически исключает возможность аварии.
Военные – двигатель прогресса
Гораздо перспективнее другое направление: снабдить автомобиль "органами чувств" и научить его самому ориентироваться на дорогах и прокладывать маршрут. И здесь, как и в случаях с другими многообещающими разработками, важную роль сыграла армия. Немецкие военные испытали первый беспилотный микроавтобус Mercedes в 1980-х годах. Ориентируясь с помощью видеокамер, автомобиль хотя и разгонялся до 100 километров в час, но в условиях, очень далеких от реальных, так что этот опыт нельзя признать вполне успешным.
Настоящий прорыв случился два десятилетия спустя, когда агентство передовых оборонных разработок Пентагона (DARPA) Министерства обороны США организовало регулярные соревнования машин-роботов. Цель этого масштабного начинания – добиться, чтобы к 2015 году треть армейского транспорта управлялась без водителей. Согласно условиям соревнований, машина-участник не должна повреждать другие транспортные средства, дорожное покрытие и окружающую среду. Конкретный маршрут объявляется за 2 часа до старта. Трасса может включать асфальтированные участки, просёлочные дороги, пустынное бездорожье. Препятствия могут представлять собой канавы, колейные износы, песок, стоячую воду, камни, узкие тоннели и т.д. Никаких ограничений на размеры машины нет.
В первой гонке беспилотников в марте 2004 года участвовали 15 команд (хотя поначалу заявки подали 106 претендентов). На дистанцию 230 км по пересеченной местности отводилось 10 часов. Удачно стартовать удалось лишь 8 машинам. Две из них смогли проехать 11 км. Лучший результат показала машина марки "HUMMER-H1" команды Red Team из университета Карнеги-Меллона, преодолевшая 11,8 км. Главный приз в миллион долларов не достался никому, при том, что многие участники в ходе подготовки к соревнованиям потратили гораздо больше.
Однако уже год спустя число участников соревнований возросло до 195, а заданный маршрут в 212 км по пустыне Мохаве преодолели целых пять машин. Лучшее время – 6 часов 53 минуты 58 секунд – показал специальный VW Touareg Stanley, созданный совместно Стенфордским университетом и исследовательской лабораторией концерна Volkswagen.
В 2007 году правила были усложнены. Трасса длиной 96 км проходила по типичным городским улицам – с перекрестками, дорожными знаками и т.д. Правда, пешеходов на улицах не было: городок был "искусственным", специально построенным на месте бывшей военной авиабазы Джордж в местечке Викторвилль в Калифорнии. Робокары должны были соблюдать правила дорожного движения (включая учёт дорожных знаков), ехать в потоке, уметь парковаться. В их задачу входила доставка условного груза в установленную точку менее, чем за 6 часов. Из 11 машин-финалистов до финиша добрались 6. Призовые $2 миллиона за первое место достались команде Tartan Racing, созданной специалистами из университета Карнеги-Меллона и компании General Motors. Их машина Boss (построенная на основе Chevrolet Tahoe) преодолела городскую дистанцию за 4 часа. Средняя скорость составила примерно 22 км в час. Команда Стэнфордского университета оказалась на 2-м месте. Их машина Junior, созданная на основе Volkswagen Passat Variant, отстала от победителя на 20 минут.
"Гугломобили"
Сегодня наибольшей известности и наиболее значимых результатов в создании интеллектуальных систем беспилотного управления автомобилем достигла компания Google. Она занимается этими разработками с 2010 года и смогла привлечь к сотрудничеству лучших инженеров, участвовавших в соревнованиях DARPA. Техническим руководителем группы, например, является Крис Урмсон, выигравший Urban Challenge в 2007 году. Работает на Google и Энтони Левандовски, построивший первый в мире автономный мотоцикл, участвовавший в DARPA Grand Challenge, а также создавший Toyota Prius, автономно доставлявший пиццу. В штате компании и Майк Монтемерло, разрабатывавший программное обеспечение для команды из Стенфорда, участвовавшей в DARPA в 2005 году. Работы этих инженеров выставлены в Национальном музее американской истории.
Google не намерена создавать собственные автомобили, а ориентируется на партнерство с существующими автопроизводителями. В экспериментах компании участвуют машины Toyota Prius, Audi TT и Lexus RX450h. Компьютерная система управления каждого "гугломобиля" получает информацию от нескольких элементов:
- видеокамера под лобовым стеклом распознаёт препятствия на дороге, считывает дорожные знаки и сигналы светофора;
- сенсор на колесе позволяет более точно определять пройденное расстояние и местоположение автомобиля;
- лазерный дальномер, или лидар, на крыше. Блок из 64 лазеров вращается со скоростью 10 оборотов в секунду и производит за это время по миллиону измерений дистанции до самых различных предметов, составляя подробную 3D-модель окружающего пространства в радиусе 60 метров;
- четыре дополнительных радара в передним и заднем бамперах дополняют 3D-модель.
Машины строят свой маршрут исходя из карт Google, которые поступают из центра обработки данных, где собирается огромное количество информации. В том числе там используются панорамные виды различных городов, снятые сотрудниками компании для приложения Google Street View. Пока "гугломобили" выглядят довольно громоздко из-за обилия радаров, датчиков и других устройств, а компьютерный "мозг", обрабатывающий сигналы и подающий команды, занимает весь багажник. Впрочем, оптимизация системы и улучшение внешнего вида – это всего лишь вопрос времени.
Автопарк из самоходных автомобилей Google постоянно растёт. Сейчас в каждый момент времени на дорогах находится около десяти машин. В ближайшее время планируется предоставить автомобиль с автономным управлением в личное пользование каждому сотруднику Google, работающему над этим проектом. Поездки на автомобиле можно будет совершать в одиночку, а не в парах, как сейчас, по любому маршруту: из дома на работу, в магазин и т.д. Этот важный этап сделает технологию ещё на шаг ближе к массовому использованию.
На сегодняшний день "гугломобили" наездили уже 500000 км в самых разных дорожных условиях, ночью и днём, в плотном трафике и в дождь. Беспилотники успешно преодолевают маршрут из городка Маунтэйн Вью, расположенного недалеко от Лос-Анджелеса, до прибрежной Санта-Моники, где находится офис компании, а оттуда на знаменитый бульвар Голливуд. Помимо Лос-Анджелеса, "гугломобили" испытали на озере Тахо, а также в Сан-Франциско, с его захватывающими дух перепадами высот. Вошел в маршрут и мост Золотые Ворота, но вот о том, смогла ли машина самостоятельно заплатить за проезд по нему, ничего не сообщается. Беспилотники освоили и главное прибрежное шоссе страны – Пасифик (Pacific Coast Highway), гордо носящее звание шоссе номер один в США.
Как утверждают сотрудники Google, под управлением компьютера не произошло ещё ни одной аварии. Правда, в августе 2011 было зафиксировано столкновение робо-Prius с обычной Toyota Prius, однако, по заявлению представителя Google, авария произошла в тот момент, когда управление робокаром взял на себя человек.
Гонка продолжается
Технологии автономного управления автомобилями разрабатывают сегодня практически все ведущие автопроизводители: BMW, Ford, General Motors, Honda, Hyundai, Mercedes, Nissan, Toyota, Volkswagen, Volvo и др.
Неплохой вариант робота-автомобиля представила в январе 2012 г. компания BMW. Он снабжен множеством сенсоров, видеокамер, лазерных сканеров и прочих устройств, помогающих авто ориентироваться в пространстве. При этом, в отличие от "гугломобиля", большая часть систем скрыта, так что роботомобиль почти неотличимым от обычного авто 5 Series. Чтобы на деле доказать практичность своего беспилотника, компания протестировала его на скоростном автобане (без ограничения скорости). Испытания прошли вполне успешно.
Не остались в стороне и российские разработчики. Молодая компания RoboCV, базирующаяся в инновационном центре "Сколково", представила автопилот, который действует за счет нескольких систем навигации, в том числе ГЛОНАСС/GPS, инерциальной навигационной системы и технического зрения, а также программного обеспечения. Как заверяют создатели, устройство способно распознавать любые препятствия и людей, а также корректировать маршрут в зависимости от дорожной обстановки, данные о которой регулярно приходят на компьютер системы.
Тестовое производство устройства начнется в конце 2013 года. Серийный выпуск автопилота RoboCV обещает организовать в 2015-2016 году. Примерно в то же время планирует вывести на рынок свой первый автопилот и General Motors. Однако у российской технологии есть два серьезных преимущества перед западными конкурентами. Во-первых, это устройство пригодно для применения не только на наземном, но и на водном транспорте. А во-вторых, его стоимость будет в разы меньше, чем у иностранных аналогов. По словам генерального директора RoboCV Сергея Мальцева, цена отечественной разработки составит всего 2000 долларов против 100000 долларов за технологию конкурентов. Сумма, озвученная российским разработчиком, кажется маловероятной, однако ни опровергнуть, ни подтвердить эту информацию никто из экспертов пока не может. Если автопилот действительно будет стоить порядка 64000 руб., то его наверняка ждет большой успех.
Сделать предстоит еще больше, чем сделано
Разработчикам беспилотников предстоит решить еще множество проблем. Прежде всего, это ориентация в плохих погодных условиях. В Калифорнии и Неваде, где тестировали "гугломобили", большинство дней в году солнечные, так что испытания северными метелями и морозами робокары еще не прошли. Облегчить ориентацию беспилотника в плохих погодных условиях некоторые предлагают с помощью особой разметки на дорогах, отражающей радиоволны.
В российских условиях беспилотникам придется преодолевать и дополнительные трудности в виде отсутствия дорожной разметки (даже не радиоотражающей, а самой обычной), открытых люков и т.п. Не исключено также, что в дождь и туман, на трассе, где грязь летит со всех сторон, сенсоры беспилотников быстро забьются толстыми слоями грязи, а в мороз покроются еще и коркой льда — так что не обойтись без специальных средств очистки и поддержания их в чистоте.
Чтобы лучше смоделировать действия автопилота в сложных условиях, ученые изучают опыт автогонщиков. Так, специалисты из Стэнфордского университета, тестируя свой беспилотник Audi Shelley на гоночной трассе Тандерхилл, исследовали также особенности езды профессионалов. Для этого во время автогонки они снабдили двух гонщиков сенсорами, измеряющими физиологические показатели. Сопоставляя данные с них с информацией, полученной с датчиков автомобиля, можно понять, какие манёвры требуют от водителей максимального напряжения сил. Именно в эти моменты, как предполагают учёные, действия гонщика, основанные на интуиции, могут сильно отличаться от поведения алгоритма, заложенного в автономный автомобиль. Опыт, полученный на гоночной трассе, может быть использован в обычной езде во время опасных ситуаций и в сложных дорожных условиях. Например, расчёты, которые делает автопилот, чтобы контролировать пробуксовку колёс при прохождении скоростной трассы, очень похожи на те, что приходится делать на скользкой дороге.
Предстоит улучшить и надежность карт, рассчитать частоту их обновления – с учетом, например, временных дорожных знаков, неожиданно упавших деревьев и тому подобных дорожных неожиданностей. Программа обновления дорожной информации должна работать на уровне государства, так чтобы малейшие изменения оперативно появлялись на картах.
Для лучшей ориентации в постоянно меняющейся дорожной ситуации сенсоры беспилотников должны объединяться в общую сеть, так чтобы каждая машина могла видеть даже то, что от нее физически скрыто, и использовать уже распознанную соседними автомобилями картину мира с положениями и векторами движения машин и пешеходов. Тогда пешеход или лихач, выскочивший из-за угла, уже не будет сюрпризом, если его до этого успела заметить другая машина с другого ракурса и добавить в общую картину мира.
Хотя разработчики и уверяют, что их беспилотники гораздо надежнее и безопаснее обычных автомобилей, предстоит также создать правовую базу, которая определяла бы меру ответственности в случае возможных столкновений. Этот закон должен касаться не только автовладельца (или того, кто сидит на месте водителя беспилотника), но также компании-разработчика автопилота (софтовой части) и компании-разработчика транспортного средства (она ответственна за сопряжение ПО автопилота со своим бортовым компьютером).
При этом предстоит решить и проблему защиты "авто-мозга" от хакерских атак. Учитывая, что беспилотники будут, скорее всего, объединены в сети, последствия таких атак могут быть катастрофическими.
Новая жизнь дорог и машин
Беспилотники должны изменить жизнь к лучшему. Во-первых, на дорогах станет безопаснее. По данным The Economist, около 90% всех ДТП происходят из-за человеческих ошибок. Робокары же, по заверениям разработчиков, способны избегать аварийных ситуаций или реагировать на них оптимальным образом. Причем мастерство их вождения должно возрастать все быстрее, поскольку любые допущенные роботом ошибки, приводящие к авариям, будут вноситься в обновления для всех владельцев автомобилей. Вполне вероятно, что уже в ближайшие сто лет управление машины водителем в городе вообще запретят по соображениям безопасности. Впрочем, любителям, не мыслящим жизни без вождения вручную, возможно, все же удастся получить права – успешно сдав экзамены повышенной сложности и подтвердив свое мастерство.
Беспилотники улучшат пропускную способность дорог, поскольку пробки тоже возникают, как правило, из-за человеческого фактора. Согласно математической модели дорожного трафика, одна полоса может пропустить за час 12000 автомобилей-роботов, движущихся со скоростью 120 километров в час. Если же за рулем человек, то за это время успеет проехать всего 2000-3000 машин. Дело в непременной необходимости блюсти дистанцию между авто, считающуюся безопасной, - 40-50 метров. Автоматизированная система также оптимально рассчитает скорость автомобиля, чтобы, например, заранее слить два потока машин в один и избежать эффекта "бутылочного горлышка" или держаться "зеленой волны". Автопилот проложит оптимальный маршрут, избегая перегруженных дорог. В российских условиях автоматику можно задействовать и для организации зеленых VIP-коридоров – может, хоть тогда "скорые", "пожарные", да и простые граждане не будут томиться в многокилометровых очередях.
Изменится общее отношение к личному транспорту. Возможно, наступит эра роботакси, и вместо покупки внедорожников на все случаи жизни люди предпочтут приобрести маленькую энергосберегающую машину для повседневных нужд – особенно если бонусом к ней будет прилагаться возможность совершить X поездок в беспилотных автомобилях по выбору: в фургонах, грузовиках, микроавтобусах и спортивных автомобилях. Беспилотники решат и проблему парковок: доставив пассажира по нужному адресу, машина сможет потом сама доехать до ближайшей свободной стоянки.
Автоматизация потребует полной перестройки всей организации движения, вплоть до перекладки всего асфальта и обеспечения уборки снега зимой раньше чем он выпадет. А если серьезно, то и разметка дорог, и регулировка движения со временем станут все более виртуальными. Дорога будет "разговаривать" с машиной (возродив отчасти изначальную идею General Motors). Перекрестки, съезды, дворы и т.п., возможно, будут снабжены автоматически считываемыми знаками (QR-кодами, к примеру). Вместо привычных светофоров, запрещающих или разрешающих движение всего потока, будут установлены автономные интеллектуальные системы, регулирующие режим движения каждого автомобиля индивидуально. Светофоры останутся лишь там, где поток пешеходов и велосипедистов способен полностью заблокировать движение автомобилей. Во всех остальных местах можно будет пересекать дорогу, вообще не обращая внимания на машины, которые будут послушно пропускать человека, независимо от того, в каком направлении и с какой скоростью тот движется.
Будущее наступает сегодня
Конечно, пока все это кажется скорее утопией, особенно в российских условиях. Трудно представить, что водители у нас добровольно отдадут управление автопилоту ради ускорения поездки, скажем, на 15%. Они будут продолжать считать, что, выполняя рискованные маневры, превышая скорость и ища обходные пути, смогут проезжать пробку на 30% быстрее.
Да и дорог наших, не говоря уж о климате, никакой автопилот не выдержит. Вот пусть попробует проехать от Москвы до Владивостока – это вам не Калифорния! А между тем, еще в 2010 году группа исследователей из лаборатории машинного зрения и интеллектуальных систем университета Пармы (VisLab) за три месяца на беспилотных микроавтобусах преодолела расстояние от Пармы до Шанхая. В России итальянская Overland World Truck Expedition посетила 28 городов, добравшись до Кемерова. Автопилот (попроще, чем у Google) не справился только со столичной манерой вождения – так что по загруженным московским улицам итальянские электромобили двигались в режиме обычных авто. Конечно, ехали они летом (26 июля – 28 октября), так что всех погодных прелестей не испытали. Да и скорость у электромобилей составляла всего 50 км в час, а аккумулятора хватало примерно на 80 км по ровной дороге. Но ведь это лишь начало!
Уже сегодня тестируются беспилотники, почти способные посоперничать с профессиональными гонщиками. В августе 2012 г. Audi Shelley, разрабатываемый специалистами Стэнфордского университета совместно с концерном Volkswagen, прошёл гоночную трассу Тандерхилл меньше чем за две с половиной минуты. Длина трассы — 4.83 км. На ней 15 поворотов. Максимальная скорость Shelley составила 190 км/ч. Его результат лишь на несколько секунд хуже, чем у профессиональных автогонщиков.
Конечно, помимо технических трудностей, предстоит преодолеть и психологические барьеры: надо быть на 100% уверенным в мастерстве разработчиков, чтобы спокойно сидеть в машине которая мчится с такой скоростью. И тем не менее, время, когда беспилотники станут не роскошью, а средством передвижения – это время, похоже, наступит гораздо раньше, чем нам кажется.
Статьи по теме:
Написать комментарий