Madhur Behl, Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια, The Conversation
Cavalier Autonomous Racing, Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια, CC BY-ND
Ο ενθουσιασμός των αγώνων αυτοκινήτου προέρχεται από αποφάσεις σε κλάσματα δευτερολέπτου και τολμηρές πάσες από ατρόμητους οδηγούς. Φανταστείτε αυτή τη σκηνή, αλλά χωρίς τον οδηγό – το αυτοκίνητο μόνο, καθοδηγούμενο από το αόρατο χέρι της τεχνητής νοημοσύνης. Μπορεί η βιασύνη των αγώνων να ξεδιπλωθεί χωρίς οδηγό να διευθύνει την πορεία; Αποδεικνύεται ότι μπορεί.
Μπείτε στους αυτόνομους αγώνες, έναν τομέα που δεν αφορά μόνο τον ανταγωνισμό υψηλής ταχύτητας, αλλά και την υπέρβαση των ορίων του τι μπορούν να επιτύχουν τα αυτόνομα οχήματα και βελτιώνει την ασφάλειά τους.
Πάνω από έναν αιώνα πριν, στην αυγή των αυτοκινήτων, καθώς η κοινωνία μετατοπίστηκε από τα ιππήλατα σε μηχανοκίνητα οχήματα, υπήρχε δημόσια αμφιβολία για την ασφάλεια και την αξιοπιστία της νέας τεχνολογίας. Οι αγώνες μηχανοκίνητου αθλητισμού διοργανώθηκαν για να επιδείξουν τις τεχνολογικές επιδόσεις και την ασφάλεια αυτών των αμαξών χωρίς άλογα. Ομοίως, οι αυτόνομοι αγώνες είναι η σύγχρονη αρένα για να αποδειχθεί η αξιοπιστία της τεχνολογίας αυτόνομων οχημάτων καθώς τα αυτοκίνητα χωρίς οδηγό αρχίζουν να βγαίνουν στους δρόμους.
Οι δοκιμές υψηλής ταχύτητας των αυτόνομων αγώνων αντικατοπτρίζουν τις πραγματικές προκλήσεις που αντιμετωπίζουν τα αυτόνομα οχήματα στους δρόμους: προσαρμογή σε απροσδόκητες αλλαγές και αντίδραση σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Η απόκτηση αυτών των προκλήσεων στην πίστα, όπου οι ταχύτητες είναι υψηλότερες και οι χρόνοι αντίδρασης μικρότεροι, οδηγεί σε ασφαλέστερα αυτόνομα οχήματα στο δρόμο.
Είμαι καθηγητής πληροφορικής που μελετά την τεχνητή νοημοσύνη, τη ρομποτική και τα αυτόνομα οχήματα και ηγούμαι της ομάδας Cavalier Autonomous Racing στο Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια. Η ομάδα διαγωνίζεται στο Indy Autonomous Challenge, έναν παγκόσμιο διαγωνισμό όπου τα πανεπιστήμια φέρνουν το ένα εναντίον του άλλου πλήρως αυτόνομα αγωνιστικά αυτοκίνητα Indy. Από την έναρξή της το 2021, η διοργάνωση έχει προσελκύσει κορυφαίες διεθνείς ομάδες σε διακεκριμένες πίστες όπως η Indianapolis Motor Speedway. Το πεδίο, που χαρακτηρίζεται τόσο από ανταγωνισμό όσο και από ομαδική εργασία, δείχνει ότι η συλλογική επίλυση προβλημάτων οδηγεί στην πρόοδο στην ασφάλεια των αυτόνομων οχημάτων.
Στον διαγωνισμό διέλευσης Indy Autonomous Challenge που πραγματοποιήθηκε στο Consumer Electronics Show 2024 στο Λας Βέγκας τον Ιανουάριο του 2024, η ομάδα μας Cavalier κατέκτησε τη δεύτερη θέση και έφτασε σε ταχύτητες 143 mph (230 χιλιόμετρα την ώρα) ενώ προσπέρασε αυτόνομα ένα άλλο αγωνιστικό αυτοκίνητο, επιβεβαιώνοντας την κατάστασή της ως κορυφαία αμερικανική ομάδα. Το TUM Autonomous Motorsport από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου κέρδισε τη διοργάνωση.
Αρχές σε μέγεθος πίντας
Ο τομέας των αυτόνομων αγώνων δεν ξεκίνησε με αγωνιστικά αυτοκίνητα σε επαγγελματικές πίστες αγώνων αλλά με μικροσκοπικά αυτοκίνητα σε συνέδρια ρομποτικής. Το 2015, οι συνάδελφοί μου και εγώ κατασκευάσαμε ένα αυτόνομο αγωνιστικό αυτοκίνητο κλίμακας 1/10. Μεταμορφώσαμε ένα τηλεκατευθυνόμενο αυτοκίνητο σε ένα μικρό αλλά ισχυρό εργαλείο έρευνας και εκπαίδευσης, το οποίο ονόμασα F1tenth, παίζοντας στο όνομα του παραδοσιακού αγωνιστικού αυτοκινήτου της Formula 1 ή F1. Η πλατφόρμα F1tenth χρησιμοποιείται τώρα από περισσότερα από 70 ιδρύματα σε όλο τον κόσμο για την κατασκευή των μικροσκοπικών αυτόνομων δρομέων τους.
Το F1tenth Autonomous Racing Grand Prix είναι πλέον μια εκδήλωση σε συνέδρια ρομποτικής όπου συγκεντρώνονται ομάδες από όλο τον πλανήτη, με οχήματα που είναι πανομοιότυπα σε υλικό και αισθητήρες, για να συμμετάσχουν σε μια έντονη «μάχη αλγορίθμων». Η νίκη στην πίστα δεν διεκδικείται από την ακατέργαστη δύναμη, αλλά από τον έλεγχο των αυτοκινήτων από τους προηγμένους αλγόριθμους AI.
Το F1tenth έχει επίσης αναδειχθεί ως μια ελκυστική και προσβάσιμη πύλη για τους μαθητές να εμβαθύνουν στη ρομποτική έρευνα. Με τα χρόνια, έχω προσεγγίσει χιλιάδες φοιτητές μέσω των μαθημάτων μου και της σειράς διαδικτυακών διαλέξεων, που εξηγεί τη διαδικασία κατασκευής, οδήγησης και αυτόνομου αγώνα αυτών των οχημάτων.
Να γίνει αληθινό
Σήμερα, το εύρος της έρευνάς μας έχει επεκταθεί σημαντικά, προχωρώντας από μοντέλα μικρής κλίμακας σε πραγματικά αυτόνομα αυτοκίνητα Indy που ανταγωνίζονται με ταχύτητες άνω των 150 mph (241 kph), εκτελώντας σύνθετους ελιγμούς προσπέρασης με άλλα αυτόνομα οχήματα στην πίστα. Τα αυτοκίνητα είναι κατασκευασμένα σε μια τροποποιημένη έκδοση του πλαισίου Indy NXT και είναι εξοπλισμένα με αισθητήρες και ελεγκτές που επιτρέπουν την αυτόνομη οδήγηση. Τα αγωνιστικά αυτοκίνητα Indy NXT χρησιμοποιούνται σε επαγγελματικούς αγώνες και είναι ελαφρώς μικρότερες εκδόσεις των αυτοκινήτων Indy που έγιναν διάσημα από το Indianapolis 500.
Η σκληρή πραγματικότητα των αγώνων αυτών των προηγμένων μηχανών σε πραγματικές πίστες ξεπερνά τα όρια του τι μπορούν να κάνουν τα αυτόνομα οχήματα. Οι αυτόνομοι αγώνες ανεβάζουν τις προκλήσεις της ρομποτικής και της τεχνητής νοημοσύνης σε νέα επίπεδα, απαιτώντας από τους ερευνητές να βελτιώσουν την κατανόησή μας για το πώς οι μηχανές αντιλαμβάνονται το περιβάλλον τους, να λαμβάνουν ασφαλείς αποφάσεις και να ελέγχουν πολύπλοκους ελιγμούς με υψηλή ταχύτητα, όπου οι παραδοσιακές μέθοδοι αρχίζουν να παραπαίουν.
Η ακρίβεια είναι κρίσιμη και το περιθώριο λάθους στο τιμόνι και στην επιτάχυνση είναι ελάχιστα, απαιτώντας μια εξελιγμένη κατανόηση και ακριβή μαθηματική περιγραφή της κίνησης, της αεροδυναμικής και του συστήματος μετάδοσης κίνησης του αυτοκινήτου. Επιπλέον, αυτόνομοι ερευνητές αγώνων δημιουργούν αλγόριθμους που χρησιμοποιούν δεδομένα από κάμερες, ραντάρ και lidar, που είναι σαν ραντάρ αλλά με λέιζερ αντί για ραδιοκύματα, για να περιηγηθούν γύρω από τους ανταγωνιστές και να περιηγηθούν με ασφάλεια στο περιβάλλον αγώνων υψηλής ταχύτητας και απρόβλεπτου.
Η ομάδα μου μοιράστηκε το πρώτο ανοιχτό σύνολο δεδομένων στον κόσμο για αυτόνομους αγώνες, προσκαλώντας ερευνητές από παντού να συμμετάσχουν στη βελτίωση των αλγορίθμων που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στον καθορισμό του μέλλοντος των αυτόνομων οχημάτων.
Χωνευτήριο για αυτόνομα οχήματα
Περισσότερο από μια απλή τεχνολογική βιτρίνα, οι αυτόνομοι αγώνες είναι ένα κρίσιμο ερευνητικό σύνορο. Όταν τα αυτόνομα συστήματα μπορούν να λειτουργήσουν αξιόπιστα σε αυτές τις ακραίες συνθήκες, διαθέτουν εγγενώς ένα buffer όταν λειτουργούν στις συνήθεις συνθήκες κυκλοφορίας στο δρόμο.
Οι αυτόνομοι αγώνες είναι ένα πεδίο δοκιμών όπου ο ανταγωνισμός ωθεί την καινοτομία, η συνεργασία προωθεί την ανάπτυξη και τα ελεγχόμενα με τεχνητή νοημοσύνη αυτοκίνητα που αγωνίζονται μέχρι τη γραμμή τερματισμού χαράσσουν μια πορεία προς ασφαλέστερα αυτόνομα οχήματα.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation, έναν μη κερδοσκοπικό, ανεξάρτητο ειδησεογραφικό οργανισμό που σας φέρνει γεγονότα και αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας.
Διαβάστε περισσότερα:
Η έρευνά μου έχει χρηματοδοτηθεί από το National Science Foundation, την Commonwealth Cyber Initiative, το Υπουργείο Μεταφορών των ΗΠΑ και το Leidos για την περίοδο 2018 έως 2024. Είμαι επίσης ανώτερο μέλος του Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) και ακαδημαϊκός Μέλος Γνωμοδοτικού Συμβουλίου για τους Συνεργάτες για την Αυτοματοποιημένη Εκπαίδευση Οχημάτων (ΠΑΒΕ).
