Автомобиль с мощностью... интеллекта в 40 вычислительных ядер?!

…11 суперсовременных автомобилей мчатся по улицам небольшого калифорнийского городка – каждый из них обязан быстрее всех и при том корректно завершить «миссию», посетив в определенном порядке указанные на цифровой карте города точки. При этом каждый автомобиль должен соблюдать все правила дорожного движения и оценивать поведение других перемещающихся по городу объектов, руководствуясь лишь собственным алгоритмом принятия решений – ибо он сам управляет собой. Окажись свидетелем происходящего какой-либо непосвященный случайный прохожий, его удивлению не было бы предела. Ни водителя внутри, ни системы дистанционного управления, установленной снаружи, - нет ничего, что связывало бы автомобиль со специалистами, наблюдающими за феерической гонкой интеллектуальных машин-роботов. Только бесстрастные сенсоры лазерных датчиков мерно вращаются и пересылают гигабайты информации для мгновенного анализа на серверы с самыми быстродействующими процессорами в мире, которые «отдают» приказы системе управления автомобилем. И только строгое жюри внимательно следит за тем, чтобы ни одно положение из свода дорожных правил штата Калифорния не было нарушено – иначе автомобиль-робот наказывается штрафными очками...

Именно так проходили очередные ежегодные гонки «самобеглых» автомашин, организованные Управлением перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ США (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA), уже несколько лет активно изучающим возможность перемещения автомашин без водителей и спонсирующим гонки автомобилей-роботов, которые проводятся в максимально сложных условиях. В прошлый раз в качестве испытательного полигона была выбрана безжизненная пустыня Мохаве (штат Невада) - пять абсолютно автономных автомобилей, управляемых только компьютерами и сенсорами, добрались до финиша, при этом первые три места в испытании самых совершенных из созданных человеческим гением технологий заняли внедорожники-роботы, которых через труднопроходимую местность к победе вели компьютеры на базе процессоров Intel® Pentium® M и Intel® Itanium® 2. В этот раз организаторы решили еще больше усложнить обстановку и развернуть полигон в... городе!

Разумеется, никто не хотел подвергать рискованным испытаниям какой-либо густонаселенный американский мегаполис. Городские условия были воссозданы на заброшенной базе ВВС США George A.F.B. близ калифорнийского города Викторвилля: дома, перекрестки, светофоры, «зебры» пешеходных переходов, уличные трассы со всей сопутствующей разметкой и даже знаменитый американский «трафик» - около 300 профессиональных экипажей на автомобилях Ford Taurus имитировали городскую автомобильную сутолоку, которая нередко является предпосылкой к возникновению непростых дорожных ситуаций...

Команда Стэнфордского университета, спонсорскую поддержку которой оказала корпорация Intel, специально разработала новый проект под названием Junior. Робот Junior – это автофургон Volkswagen Passat модели 2006 года, в котором рулевое управление, система подачи топлива и тормозная система особым образом модернизированы специалистами лаборатории Volkswagen of America Electronics Research Lab (Пало-Альто, шт. Калифорния). Инженеры этой лаборатории также разработали специальные крепления для множества сложных датчиков.

Создавая Junior, его разработчики изначально заложили в проект гораздо большую гибкость и функциональность, чем у его «пустынных» предшественников, ведь новая гоночная среда предъявляла к участникам состязаний гораздо более серьезные требования. Им пришлось отслеживать перемещения других автомобилей и не только соблюдать рутинные правила дорожного движения, но и учитывать право преимущественного проезда, анализировать последовательость разъезда на перекрестке, производить парковку, а также в режиме реального времени разбираться в других сложных дорожных ситуациях. Управление автомобилем – это сложный комплексный процесс, и если удастся научить компьютер осуществлять его, то это будет колоссальный прорыв в области исследования и разработки искусственного интеллекта.

Важным отличием автомобиля Junior от его предшественников явилась возможность распознавания объектов, расположенных вокруг автомобиля и даже перемещающихся с высокой скоростью. Для сравнения – предыдущий робот-автомобиль Стэнфордского университета мог распознавать только неподвижные объекты, при этом расположенные только по ходу его движения. Junior укоплектован гораздо более сложными датчиками, среди которых, например, лазерная матрица для дальнометрии с круговым обзором. Прибор позволяет практически в режиме реального времени создавать трехмерную картину окружающей обстановки: кадры трехмерной визуализации из кинофильма «Терминатор 2: восстание машин» - ничто по сравнению со сложным восприятием окружающего мира, реализованным на борту Junior.

Оснащение робота предусматривает также шесть видеокамер, которые охватывают все пространство вокруг автомобиля, лазеры на бамперах, радар, приемники GPS, а также бортовое навигационное оборудование для сбора информации о местоположении автомобиля и характере поведения окружающих объектов.

, - каждый располагает одним четырехъядерным процессором Intel® Core™ 2 Quad Q6600 с тактовой частотой 2,4 ГГц и платой Intel® D975XBX2 с 2 ГБ оперативной памяти. Один из компьютеров отвечал за обработку информации, поступавшей от датчиков, тогда как второй «занимался» контролем системы управления и планированием действий машины-робота. Передача данных от датчиков для обработки на компьютерах осуществлялась с помощью технологии Gigabit Ethernet. Для хранения данных использовались устройства флэш-памяти.

Благодаря такой «начинке»*, выбранной в силу эффективного сочетания большой вычислительной мощности и низкого энергопотребления, Junior смог обрабатывать гораздо больше информации и осуществлять это существенно быстрее, чем его предшественники; предположительно, Junior оказался примерно в четыре раза «умнее» победителя гонки DARPA Grand Challenge 2005 в пустыне Мохаве. При этом у Junior не было никаких дополнительных источников энергии для питания компьютеров, кроме аккумулятора автомобиля, тогда как все другие команды для питания своих бортовых компьютерных комплексов использовали дополнительные батареи.

Наконец, управлялся Junior с помощью специализированного ПО, в создании которого принимали участие специалисты Stanford Artificial Intelligence Lab и разработчики корпорации Intel. Программные модули, выполняющие задачи распознавания, анализа и планирования, включают алгоритмы машинного самообучения. В результате Junior мог комплексно оценивать дорожную ситуацию, определять свое местоположение и отслеживать перемещения других участников соревнований, а также объектов, представляющих потенциальную опасность. Инженеры из Стэнфорда использовали оптимизирующие библиотеки Intel® Performance Primitives (IPP) и ПО «компьютерного зрения» OpenCV для тонкой настройки ПО Junior и максимального увеличения его производительности. Особо отметим, что эти программные технологии были созданы при активном участии сотрудников научно-исследовательских центров Intel в Сарове и Нижнем Новгороде.

Гонки DARPA Urban Challenge начались с нескольких этапов тестовых испытаний. Так, в ходе первого из них автомобили-роботы должны были сначала заехать с внешней стороны круговой дороги внутрь практически сплошного потока автомашин, управляемых водителями, а потом выбраться обратно. Следующим тестом был проезд перекрестка. Скотт Эттингер, один из сотрудников Applications Research Lab корпорации Intel, принимавший самое активное участие в проекте, отметил в своем блоге: «Ни одна из машин-роботов не выполнила тестовые задания абсолютно безошибочно. У водителей, участвовавших в испытаниях, нервы были просто стальными. Как они уворачивались от неожиданных маневров роботов! Это надо было видеть». И все же примерно треть из заявленных команд успешно прошла все тесты.

Каждой команде был выдан флэш-накопитель с содержащимся на нем описанием «миссии», после чего представители команд ввели цифровые инструкции в компьютеры автомобилей-роботов и запустили двигатели. Собственно, это было последнее действие, осуществленное человеком, - дальнейшее управление автомобили, которым предстояло пройти около 60 миль «городской» трассы, принимали на себя. Контрольное время для прохождения маршрута составляло шесть часов, в него удалось уложиться только пяти участникам.

За каждым из автомобилей-роботов следовал автомобиль судейской коллегии, который фиксировал все ошибки участника. У «штабной» машины была так называемая кнопка «Полной остановки» (E-stop), с помощью которой можно было полностью прекратить движение робота, если он попадал в совсем уж опасную ситуацию. Кстати, для двух машин, неожиданно направившихся в стены зданий, ее пришлось задействовать.

Зрители и судьи наблюдали за зрелищем с помощью командного пункта, больше напоминавшего центр управления полетами NASA. Каждый автомобиль, управляемый человеком-водителем, располагал видеокамерой, транслировавшей сигнал в командный пункт. Со специального вертолета велась постоянная видеосъемка, которая транслировалась на три гигантских проекционных экрана и комментировали которую Джейми Хайнеман и Грант Имахара, ведущие популярной в США телепередачи «Разрушители легенд» (MythBusters), выходящей на канале Discovery. Кроме того, видео-трансляция велась по Интернету.

Робот Junior прошел дистанцию быстрее всех и первым пересек финишную черту, однако после учета всех ошибок в процессе прохождения трассы уступил первое место и главный приз в 2 млн долл. автомобилю-роботу по имени Boss, созданному сборной командой Университета Карнеги-Меллона и General Motors. Кстати сказать, Boss, построенный на платформе Chevrolet Tahoe, располагал 10 двухпроцессорными серверами на базе двухъядерных процессоров Intel® Core™ 2 Duo – таким образом, робот Boss управлялся с помощью 40 вычислительных ядер. «8-ядерный» Junior в итоге оказался вторым и принес своим создателям приз в 1 млн долл. Третье место с призом в 500 тыс. долл. получили создатели автомобиля Odin из Университета Вирджинии.

- заявил после завершения гонок Вильям Уиттекер, профессор Университета Карнеги-Меллона и руководитель соответствующей команды. - Именно такой момент мы пережили сейчас. Мир изменился, и он уже никогда не будет прежним. И это сделали автомобили-роботы».

И это не пафос. Гонки в Викторвилле позволили сделать еще один шаг на пути к полной автономизации движения транспорта, что, несомненно, сделает нашу жизнь более безопасной, а наши перемещения – более оптимизированными и эффективными. Компьютеры никогда не устают, они не говорят по мобильным телефонам и не едят гамбургеры за рулем, не отвлекаются для того, чтобы переключить радио-канал или поменять музыкальный диск – а ведь эти и многие другие причины только в США ежегодно уносят жизни примерно 40 тыс. человек! А сколько времени мы проводим, застыв в пробке и нервно вцепившись в «баранку», - разве его нельзя было бы провести в большей пользой для нас самих же?! Словом, дайте волю своей фантазии, и вы поймете, какие заманчивые перспективы предрекают нам роботы из Викторвилля...