Na začátku byla jednoduchá armádní vize: přeměnit během příštích dvanácti let třetinu pozemních vojenských vozidel na plně autonomní (tedy schopná se řídit bez zásahu člověka). Zadání, s nímž přišla agentura amerického ministerstva obrany pro pokročilé výzkumné projekty (DARPA) v roce 2002, se od většiny předchozích projektů zaměřených na autonomní vozidla lišilo. Cílem nebylo vytvořit „robotické“ vozidlo určené pro silniční provoz, ale autonomní vůz, který zvládne cestu neznámým terénem mimo zpevněné komunikace. Odměnou vítězi prvního ročníku, tedy týmu a vozidlu, které jako první projede stanovenou trasu, měla být částka jeden milion dolarů.
2004: bez vítěze
Jestli první ročník DARPA Grand Challenge něco ukázal, pak to že autonomní vozidla před sebou mají ještě značný kus cesty – a to doslova i přeneseně. Do soutěže bylo na základě testů ve zkušebním slalomu připuštěno celkem 15 vozidel a týmů (přestože jen osm slalom skutečně zvládlo). Trať o délce 150 kilometrů vedoucí podél kalifornsko-nevadské hranice se ale ukázala být nad jejich možnosti. Po třech hodinách zůstaly provozuschopná jen čtyři vozidla – většinu zbývajících odstavily mechanické či elektronické závady, jedno z aut se dokonce překlopilo na střechu již krátce po startu. „Vítězem“ se nakonec stalo vozidlo Sandstorm – speciálně upravené Hummwee z Carnegie Mellonovy univerzity, které ale urazilo jen necelou desetinu vytýčené trasy (12 kilometrů) než se při složitějším manévru zaseklo. První ročník tak skončil fiaskem a hlavní cena nebyla udělena. Přesto připoutal značnou mediální pozornost a navíc ušetřené prostředky umožnily navýšit cenu v dalším ročníku na dvojnásobek – DARPA se totiž rozhodla, že v soutěži bude pokračovat, dokud ji kongres bude ochoten financovat.
2005: pět finalistů
Po roce se některé z týmů vrátily, aby pokořily novou, 212 kilometrů dlouhou off-roadovou trať. Z celkem 43 startujících vozidel (vybraných z bezmála dvou set přihlášených) jen jedno nepřekonalo dvanáctikilometrový „finiš“ z předchozího ročníku a pět vozidel dorazilo úspěšně do cíle – a to navzdory tomu, že trasa byla náročnější a vedla mimo jiné třemi úzkými tunely a měla více než stovku ostrých zatáček. Červený tým Carnegie Mellonovy univerzity nakonec skončil na druhém a třetím místě, poté, co jejich vozidlo Highlander kvůli technickým potížím předjel vůz Stanley ze Standfordské univerzity. Vítězové překonali trať přibližně za 7 hodin. Zajímavé bylo umístění na čtvrté pozici – se ztrátou několika minut za univerzitními týmy se totiž umístil vůz pojišťovny Gray Insurance Company.
2007: vítejte ve městě
Třetí Grand Challenge poprvé zásadně změnila zadání – soutěž nesla nové jméno „Urban Challenge“ a auta se poprvé měla vydat na silnice do městského prostředí (přesněji řečeno do „městského“ prostředí bývalé vojenské letecké základny). Na projetí trati o délce 96 kilometrů byl stanoven limit 6 hodin. Finanční odměna byla tentokrát přislíbena i druhému týmu v pořadí a především bylo vybráno 11 „preferovaných“ týmů složených ze zástupců univerzit a automobilek, jimž byla poskytnuta dotace na vývoj vozidla ve výši 1 milion dolarů. DARPA také vypsala odlišná (a poměrně přísná) pravidla:
- Musí se jednat o sériové vozidlo, nebo vozidlo s provedenými bezpečnostními zkouškami
- Vozidlo musí respektovat kalifornské dopravní předpisy
- Vozidlo musí být plně autonomní a používat výhradně informace posbírané pomocí senzorů a veřejných služeb jako je GPS
- Trasa závodu bude sdělena 24 hodin před začátkem
- Vozidla musí trasu projet přes předem stanovené kontrolní body
- DARPA poskytne přesné pořadí kontrolních bodů 5 minut před závodem
- Vozidla smí „zastavit a rozhlížet se“ maximálně 10 vteřin
- Vozidla musí být schopna fungovat i v dešti a za mlhy, při nedostupném GPS signálu
- Vozidla se musí být schopna vyhnout kolizi s jinými auty a dalšími předměty jako jsou jízdní kola, dopravní zábrany a další předměty v dopravím prostředí, například návěstidla
- Vozidla musí zvládnout prostředí parkovišť a provést otočku do protisměru, je-li to třeba
Původních 53 týmů bylo nakonec zredukováno na 11 finalistů. Nejtvrdším sítem byla „národní kvalifikace“, která zahrnovala schopnost robotických aut zařadit se do proudu vozidel řízeného lidmi (na testovacím okruhu) a provést další manévry (zastavení na stopce, ujetí kola, otočení do opačného směru, projetí kola opačným směrem atd.). Omezení na 11 týmů souviselo i s obavami o bezpečnosti při provádění testu v reálném prostředí. Během závodu musela být vozidla opakovaně (na dálku) zastavována a došlo dokonce i na bouračku vozů VW Passat a Land Rover (zaviněnou podle všeho vozem a výzkumným týmem německé provenience). Vítězství nakonec získal tým z Carnegie Mellonovy univerzity s obřím Chevy Tahoe, na druhém místě skončil další z celkem tří robotických Passatů závodící za tým Standfordovy univerzity. Vítězné vozy se na trati pohybovaly průměrnou rychlostí kolem 22 kilometrů v hodině.
Robotické auto Junior (VW Passat, Standford University)
Sto let historie
Grand (Urban) Challenge z roku 2007 měla být na dlouhých pět let poslední. Robotická či spíše autonomní auta na ní předvedla obrovský pokrok, který technologie udělaly za bezmála sto let od prvních úvahách o možnosti postavit automobil, který se řídí sám. Vůbec první experimenty s autem, které nebylo autonomní ani automatické, ale pouze na dálku řízené, provedl v roce 1925 Francis Houdina, elkroinženýr americké armády, které se svým na dálku řízeným vozem „jezdil“ v rušné městské dopravě na Broadway a páté Avenue.
Dálkově ovládané auto Linrrican Wonder z roku 1925
Automaticky řízená auta byla tradičním exponátem výstav General Motors Futurama a Motorama – poprvé již v roce 1939. Ve 40. letech se pak objevily první návrhy integrovat systémy pro automatické řízení aut do dálničních povrchů a tehdejší futuristé očekávali, že podobného řešení v praxi se dočkáme v průběhu 60 let. Jak dnes víme, mýlili se. Přesto se tento koncept udržel poměrně dlouho – na přelomu 50. a 60. let proběhly první reálné testy a General Motors představilo několik konceptuálních prototypů futuristických vozů Firebird u nichž se hovořilo o systému automatického řízení coby standardní výbavě budoucích aut. Systémy využívající kabeláž či senzory ukryté ve vozovce byly testovány i v dalších zemích – například Velké Británii a Japonsku. Jak dnes víme, jednalo se o desítky let trvající slepou uličku vývoje.
GM Firebird III na výstavě v roce 1962
EUREKA, DARPA, LIDAR
Na konci 70 let s prudkým rozvojem mikroprocesorů začínalo být stále jasnější, že řízení pomocí elektroinstalací ve vozovce není cestou v před a že skutečná autonomní vozidla budou řízena pomocí počítače, senzorů a důmyslného software. Vůbec prvním takovým vozidlem byla opticky naváděná dodávka Mercedesu, kterou navrhl Ernst Dickmanns na mnichovské univerzitě Bundeswehru, která byla schopná jezdit rychlostí až 63 kilometrů v hodině (nikoliv ovšem v dopravě). Na základě těchto úspěchů vznikl projekt Prometheus, který vyhlásila evropská výzkumná organizace EUREKA a „nasypala“ do něj v letech 1987 až 1995 neskutečných 750 milionů eur. Jeho vrcholem byly dvě tisícikilometrové cesty. Tu první provedla dvojice robotických vozidel VaMP a VITA-2 v plném provozu na dálnicích v okolí Paříže.
Poprvé zde bylo předvedeno, že autonomní vozidla zvládnou sledovat okolní provoz, jezdit ve víceproudém provozu i v dopravních kolonách a zácpách – nicméně prozatím nikoliv bez občasné korekce či zásahu lidské posádky. Druhou byla tisícikilometrová cesta autonomního mercedesu S z Mnichova do Kodaně, během níž se autonomní vůz hnal rychlostmi až 175 km v hodině a urazil i obdivuhodně dlouhý úsek – 158 kilometrů – bez zásahu lidské posádky.
Výzkumné projekty probíhaly na počátku devadesátých let i v USA, nakonec ale skončily kvůli nedostatečnému financování (byla na ně vydána jen asi desetina prostředků ve srovnání s projektem Prometheus). Přesto už v roce 1995 urazilo vozidlo NAVLAB z Carnegie Mellonovy univerzity trasu dlouhou přes 5 tisíc kilometrů, na níž bylo z 98,2 % řízeno autonomně. Není divu, že univerzitní tým se v pozdějších DARPA Grand Challenge umísťoval tak výtečně.
O pouhý rok později dokázal profesor Alberto Broggi z Parmské univerzity, že postavit autonomní auto nemusí být mnohamilionový projekt. Pro své ARGO použil sériovou Lancii Thema vybavenou systémem pro sledování značení pruhů na silnicích a dvěma černobílými kamerami pro stereoskopické vidění pomocí speciálních algoritmů. Na cestě dlouhé bezmála 2000 kilometrů dosáhl průměrné rychlosti 90 kilometrů v hodině a 94% podílu autonomního provozu auta.
Jak poznat autonomní auto? Americká NHTSA vytvořila klasifikaci autonomních tříd, vyplývá z něj, že řada současných vozidel patří do kategorií (úrovní) 1 či 2:
Úroveň 0: Řidiči kompletně ovládá auto za všech okolností
Úroveň 1: Některé funkce vozidla jsou automatizovány, jedná se například o systémy ESP nebo automatického brždění
Úroveň 2: Alespoň dva systémy mohou fungovat automaticky v součinnosti – například adaptivní tempomat v kombinaci se systémem pro udržování jízdního pruhu
Úroveň 3: Řidič může plně předat kontrolu nad vozidlem a všemi kritickými funkcemi za určitých podmínek. Auto dokáže rozpoznat kdy se podmínky změní tak, že řidič musí převzít kontrolu a dá mu na toto převzetí dostatečný čas
Úroveň 4: Auto provádí všechny funkce nezbytné pro bezpečný provoz po celou cestu, nepředpokládá se, že by řidič musel do ovládání vozu kdykoliv zasahovat. S ohledem na to mohou takováto vozidla cestovat i bez posádky.
Obrovský reálný pokrok, který autonomní vozy začaly dělat od poloviny 80. a zejména počátku 90 let minulého století souvisí s několika klíčovými technologiemi. Jednalo se především o miniaturní radary, Lidar – zařízení které mapuje okolí pomocí laserového paprsku a vytváří si jeho 3D model, přesné GPS, a počítačové stereoskopické vidění, jež si již v podobě Kinectu našlo cestu i do našich obýváků.
Mylná skepse
Přes úctyhodné výkony, jichž dosáhly experimentální vozy v průběhu devadesátých let i plně autonomní auta (bez lidské posádky) v rámci DARPA Grand Challenge panovala ještě před deseti lety poměrně velká skepse ohledně toho, jak brzy se skutečně setkáme s autonomními vozy v běžném provozu. Zejména po debaklu prvního ročníku Grand Challege se ozývaly hlasy, že éra autonomních vozidel (ale také automatických překladačů či virtuálních počítačových asistentů) je mnoho desítek let vzdálena. Jak je tedy možné, že jsme dnes v situaci, kdy autonomní vozidla Google mají povolení jezdit po veřejných komunikacích několika států v USA a většina z nás má v chytrém telefonu obstojně fungující rozpoznávání mluvené řeči, automatického překladatele a v určitých situacích použitelné virtuální asistenty?
Autonomní Google Toyota Prius
Erik Brynjolfsson a Andrew McAfee ve své knize „The Second Machine Age“ (letos vyšlo i česky) nabízejí jedno možné vysvětlení. Na vině je starý dobrý Mooreův zákon, poučka, kterou vyslovil Gordon Moore bezmála před půl stoletím. Ta hovoří o zdvojnásobování prvků integrovaných obvodů na jednotku plochy každých 12 měsíců (později svůj odhad upravil na 24 a nakonec na doposud uznávaných 18 měsíců). Kouzlo Mooreova zákona je v jeho logaritmické povaze. Podobně jako v legendě o zrodu šachové hry, v níž její autor žádá jako odměnu od krále drobnost – jedno zrnko rýže na první políčko šachovnice a na každé další políčko dvojnásobný počet zrnek. Jak Brynjolfsson a McAfee upozorňují, až do 32 políčka se jedná o velká čísla, ale stále vcelku představitelná množství – zhruba v půlce šachovnice se odměna rovná výnosu z menšího rýžového pole. Pak ale začnou čísla naskakovat do stěží představitelných rozměrů.
Co to má společného s Mooreovým zákonem z roku 1965? Jednoduchou matematikou lze spočítat, že 32. políčka na jeho šachovnici (při osmnáctiměsíčním cyklu) jsme dosáhli v roce 2013. Právě teď jsme vstoupili na druhou polovinu šachovnice, kdy se v oblasti počítačů a umělé ineligence mohou začít dít dříve nepředstavitelné věci. Autonomní auta tak konečně vyráží na silnice a zlatý věk hackerů vlastně teprve přichází.
