DARPA Гранд-Вызов

DARPA Grand Challenge — это призовой конкурс для американских автономных транспортных средств , финансируемый Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США , самой известной исследовательской организацией Министерства обороны США . Конгресс уполномочил DARPA присуждать денежные призы для дальнейшей миссии DARPA по спонсированию революционных, высокооплачиваемых исследований, которые устраняют разрыв между фундаментальными открытиями и военным использованием. ^[1] Первоначальный DARPA Grand Challenge в 2004 году был создан для стимулирования разработки технологий, необходимых для создания первых полностью автономных наземных транспортных средств , способных пройти значительный внедорожный маршрут в течение ограниченного времени. Третье мероприятие, DARPA Urban Challenge в 2007 году, расширило первоначальный Challenge до автономной работы в имитационной городской среде. DARPA Robotics Challenge 2012 года был сосредоточен на автономных роботах для аварийного обслуживания, и новые Challenges все еще разрабатываются. DARPA Subterranean Challenge был призван создать роботизированные команды для автономного картирования, навигации и поиска подземных сред. Такие команды могут быть полезны при исследовании опасных зон, а также при проведении поисково-спасательных работ. ^{[2] [3]}

Помимо задач в области автономных технологий, DARPA также проводит конкурсы на получение призов в других областях технологий.

Полностью автономные транспортные средства были предметом международного интереса в течение многих лет, начиная с попыток в Японии (начиная с 1977 года), Германии ( Ernst Dickmanns и VaMP ), Италии (проект ARGO), Европейском Союзе ( проект EUREKA Prometheus ), Соединенных Штатах Америки и других странах. DARPA финансировало разработку первого полностью автономного робота, начиная с 1966 года с проекта Shakey the robot в Стэнфордском исследовательском институте , теперь SRI International. Первое автономное наземное транспортное средство, способное передвигаться по дорогам и бездорожью, было разработано DARPA в рамках Стратегической вычислительной инициативы, начавшейся в 1984 году, что привело к демонстрации автономной навигации с помощью Autonomous Land Vehicle и Navlab . ^[4]

Grand Challenge был первым в мире соревнованием на дальние расстояния для беспилотных автомобилей; другие исследовательские работы в области беспилотных автомобилей используют более традиционный коммерческий или академический подход. Конгресс США уполномочил DARPA предложить призовой фонд (1 миллион долларов) для первого Grand Challenge, чтобы способствовать развитию робототехники, с конечной целью сделать треть сухопутных войск автономными к 2015 году. После мероприятия 2004 года доктор Тони Тетер , директор DARPA, объявил, что призовой фонд был увеличен до 2 миллионов долларов для следующего мероприятия, которое было объявлено 9 октября 2005 года. Первое, второе и третье места в Urban Challenge 2007 года получили 2 миллиона долларов, 1 миллион долларов и 500 000 долларов соответственно. 14 новых команд прошли квалификацию в 2015 году. ^[5]

Конкурс был открыт для команд и организаций со всего мира, при условии, что в списке был хотя бы один гражданин США. Участвовали команды из средних школ, университетов, предприятий и других организаций. В первый год зарегистрировалось более 100 команд, привнесших в гонку широкий спектр технологических навыков. Во второй год в гонке приняли участие 195 команд из 36 штатов США и 4 зарубежных стран.

Первое соревнование DARPA Grand Challenge состоялось 13 марта 2004 года в пустыне Мохаве в США по маршруту длиной 150 миль (240 км), который следует вдоль трассы Interstate 15 от Барстоу, Калифорния , до границы Калифорнии и Невады в Примме . Ни один из роботизированных автомобилей не завершил маршрут. Команда Red Team и автомобиль Sandstorm (переделанный Humvee) Университета Карнеги-Меллона проехали самую дальнюю дистанцию, преодолев 11,78 км (7,32 мили) трассы, прежде чем застрять на камне после поворота. Победитель не был объявлен, и денежный приз не был выдан. Поэтому второе мероприятие DARPA Grand Challenge было запланировано на 2005 год.

Второе соревнование DARPA Grand Challenge началось в 6:40 утра 8 октября 2005 года. Все, кроме одного, из 23 финалистов гонки 2005 года преодолели расстояние в 11,78 км (7,32 мили), пройденное лучшим автомобилем в гонке 2004 года. Пять автомобилей успешно преодолели дистанцию ​​в 212 км (132 мили):

Автомобили в гонке 2005 года прошли через три узких туннеля и преодолели более 100 крутых поворотов влево и вправо. Гонка завершилась через перевал Бир-Ботл, извилистый горный перевал с крутым обрывом с одной стороны и скалистым склоном с другой. ^[6] Хотя трасса 2004 года требовала большего набора высоты и нескольких очень крутых поворотов (хребет Даггетт) около начала маршрута, трасса имела гораздо меньше поворотов и в целом более широкие дороги, чем трасса 2005 года.

Естественное соперничество между командами из Стэнфорда и Карнеги-Меллона ( Себастьян Трун , руководитель команды Стэнфорда, ранее был преподавателем в Карнеги-Меллоне и коллегой Реда Уиттакера , руководителя команды CMU) разыгралось во время гонки. Механические проблемы преследовали H1ghlander, прежде чем его обогнал Стэнли. Участие Gray Team было чудом само по себе, так как команда из пригорода Нового Орлеана попала в ураган Катрина всего за несколько недель до гонки. Пятый финишировавший, Terramax, 30 000-фунтовый автомобиль от Oshkosh Truck , финишировал на второй день. Огромный грузовик провел ночь вхолостую на трассе, но был особенно проворен, осторожно прокладывая себе путь по узким дорогам перевала Beer Bottle Pass.

Третье соревнование DARPA Grand Challenge ^[7] , известное как «Urban Challenge», состоялось 3 ноября 2007 года на месте ныне закрытой базы ВВС Джордж (в настоящее время используется как логистический аэропорт Южной Калифорнии ) в Викторвилле, Калифорния (карта Google). ^[8] Трасса включала в себя 96-километровую (60 миль) полосу по городской местности, которую нужно было пройти менее чем за 6 часов. Правила включали соблюдение всех правил дорожного движения, ведение переговоров с другим транспортом и препятствиями, а также встраивание в транспортный поток.

В отличие от предыдущих соревнований, организаторы Urban Challenge 2007 года разделили участников на два «трека»: A и B. Все команды Track A и Track B были частью одного и того же соревновательного цикла, но команды, выбранные для программы Track A, получили финансирование в размере 1 миллиона долларов США. Эти 11 команд в основном представляли крупные университеты и крупные корпоративные интересы, такие как CMU, объединяющийся с GM под названием Tartan Racing, Stanford , объединяющийся с Volkswagen , Virginia Tech, объединяющийся с TORC Robotics под названием VictorTango, Oshkosh Truck , Honeywell , Raytheon , Caltech , Autonomous Solutions , Cornell University и MIT . Одним из немногих независимых участников Track A была Golem Group. DARPA публично не объяснило логику выбора команд Track A.

Командам были предоставлены карты, скудно отображающие путевые точки, которые определяли маршруты соревнований. По крайней мере одна команда, Tartan Racing, улучшила карты, вставив дополнительные экстраполированные путевые точки для улучшения навигации. Отчетный документ, опубликованный Team Jefferson, наглядно иллюстрирует разницу между картой маршрута, предоставленной DARPA, и картой маршрута, используемой Tartan Racing. ^[9]

Tartan Racing выиграла приз в размере 2 миллионов долларов за автомобиль «Boss» — Chevy Tahoe. Второе место заняла команда Stanford Racing Team, заработавшая приз в размере 1 миллиона долларов за автомобиль «Junior» — Volkswagen Passat 2006 года. Третье место заняла команда VictorTango, выигравшая приз в размере 500 000 долларов за гибрид Ford Escape 2005 года «Odin». ^[10] Массачусетский технологический институт занял 4-е место, а Корнеллский университет и Университет Пенсильвании / Университет Лихай также завершили гонку.

Шесть команд, успешно завершивших всю дистанцию:

В то время как события 2004 и 2005 годов были более сложными физически для транспортных средств , роботы работали изолированно и сталкивались с другими транспортными средствами на трассе только при попытке проехать. Urban Challenge требовал от дизайнеров создания транспортных средств, способных соблюдать все правила дорожного движения, обнаруживая и избегая других роботов на трассе. Это особая проблема для программного обеспечения транспортных средств , поскольку транспортные средства должны принимать «интеллектуальные» решения в режиме реального времени на основе действий других транспортных средств. За исключением предыдущих усилий по созданию автономных транспортных средств, которые были сосредоточены на структурированных ситуациях, таких как вождение по шоссе с небольшим взаимодействием между транспортными средствами, это соревнование проводилось в более загроможденной городской среде и требовало от автомобилей выполнять сложные взаимодействия друг с другом, такие как сохранение приоритета на перекрестке с 4-мя остановками. ^[16]

Этот раздел необходимо обновить . Пожалуйста , помогите обновить эту статью, чтобы отразить последние события или новую доступную информацию. ( Июль 2017 г. )

DARPA Robotics Challenge — это продолжающееся соревнование, посвященное гуманоидной робототехнике. Основная цель программы — разработка возможностей наземных роботов для выполнения сложных задач в опасных, деградировавших, созданных человеком средах. ^[17] Оно стартовало в октябре 2012 года и провело Virtual Robotics Competition в июне 2013 года. Планируется провести еще два соревнования: DRC Trials в декабре 2013 года и DRC Finals в декабре 2014 года.

В отличие от предыдущих Challenges, строительство «транспортных средств» не будет частью сферы Robotics Challenge. В августе 2012 года DARPA объявило, что Boston Dynamics будет выступать в качестве единственного источника роботов, которые будут использоваться в испытании, заключив с ними контракт на разработку и создание 8 идентичных роботов на основе проекта PETMAN для использования командами разработчиков программного обеспечения. ^[18] Сумма контракта составила 10 882 438 долларов США с оплатой себестоимости плюс фиксированная плата, и работа, как ожидается, будет завершена к 9 августа 2014 года. ^[19]

22 апреля 2013 года DARPA вручило приз в размере 1 миллиона долларов команде из 3 человек из Огайо, Техаса и Калифорнии «Ground Systems», победившей в конкурсе Fast Adaptable Next-Generation Ground Vehicle (FANG) Mobility/Drivetrain Challenge. Окончательный проект, представленный командой Ground Systems, получил наивысшую оценку при сравнении с установленными требованиями к производительности и технологичности системы. С начала первого конкурса FANG 14 января 2013 года более 1000 участников из более чем 200 команд использовали инструменты проектирования META и платформу совместной работы VehicleFORGE, разработанную Университетом Вандербильта в Нэшвилле , штат Теннесси , для проектирования и моделирования производительности тысяч потенциальных подсистем мобильности и трансмиссии. Целью программы FANG является тестирование специально разработанных инструментов проектирования META, библиотек моделей и платформы VehicleFORGE, которые были созданы для значительного сокращения времени проектирования и производства сложной системы обороны. ^[20]

DARPA Subterranean Challenge поручила командам, состоящим из университетов и корпораций со всего мира, создать роботизированные системы и виртуальные решения для автономного картирования, навигации и поиска подземных сред. Такие области могут быть трудными и опасными для людей, что делает роботизированные команды желанным вариантом для разведки и поисково-спасательных операций. Эти среды также представляют значительные проблемы для роботов, включая отсутствие освещения, капающую воду, густой дым, загроможденные или неправильной формы среды и потенциальную потерю возможностей GPS и связи с их обработчиками. Задача была направлена ​​на то, чтобы помочь закрыть пробелы в четырех технических областях: автономность, восприятие, сетевое взаимодействие и мобильность. ^{[2] [3] [21]}

Challenge стартовал в сентябре 2018 года и состоял из Системного соревнования (в котором команды соревнуются с физическими роботами) и Виртуального соревнования (в котором команды соревнуются в виртуальной среде в виртуальном симуляторе ROS Gazebo). Соревнование было разделено на три этапа (Этап разработки, Этап круга и Финальный этап. SubT Challenge состоял из четырех мероприятий: Tunnel Circuit (август 2019 г.), которое проводилось на экспериментальной шахте в Питтсбурге, штат Пенсильвания; Urban Circuit (февраль 2020 г.), в котором участвовала заброшенная атомная электростанция в Элме, штат Вашингтон; Cave Circuit (ноябрь 2020 г.), которое проводилось только виртуально из-за пандемии COVID-19; и Финальное мероприятие (сентябрь 2021 г.), в котором участвовали элементы из всех трех областей (туннель, городское подземелье и естественные пещерные сети), проводилось в Луисвилле, штат Кентукки. ^[22]

Команды приехали из 11 стран (Австралия, Канада, Чешская Республика, Англия, Германия, Норвегия, Южная Корея, Испания, Швеция, Швейцария и США) и 20 университетов. 24 сентября 2021 года команда CERBERUS выиграла финальное соревнование по системам, используя четыре системы ANYmal C legged. Команда Австралийской организации научных и промышленных исследований (CSIRO) заняла второе место после команды CERBERUS, набрав равное количество очков, но показав немного меньшее время. Команда Dynamo выиграла финальное виртуальное соревнование. ^{[23] [24] [25] [26]}

Одной из важных стратегий было создание команды роботов с разнообразными возможностями. Благодаря сочетанию навигационных возможностей, таких как гусеницы, колеса, роторы и ноги, роботы могли перемещаться по различным пространствам. Различные типы роботов обладают различными возможностями. Шагающие роботы могут справляться с неровной местностью, такой как лестницы и кучи щебня. Роботы с колесами или гусеницами могут нести более тяжелую полезную нагрузку, включая большие батареи, и работать дольше. «Сумчатые» могут нести других роботов, включая небольших летающих роботов, которые имеют короткий срок службы батарей. Летающие роботы могут быть стратегически развернуты для картирования больших или труднодоступных пространств. Использование различных инструментов обнаружения, таких как огни, радар, сонар и тепловизионная система, позволяет команде роботов и их операторам собирать информацию о состоянии воздуха и видимости и реагировать на более широкий спектр условий. ^{[2] [3]}

Поскольку условия могут мешать коммуникации между роботами и их операторами, команды, которые разрабатывали роботов с некоторой степенью автономности, были наиболее успешны в сложной задаче картирования и поиска сложного подземного пространства. Такие роботы могли исследовать его самостоятельно, а затем возвращаться на радиосвязь друг с другом и своими операторами, чтобы обмениваться информацией о том, что они нашли. Австралийская команда CSIRO даже спроектировала своих роботов для принятия совместных решений о том, какие задачи выполнять. Например, робот, который был слишком большим, чтобы поместиться в коридор, мог уведомить других роботов о своем существовании, чтобы меньший робот мог исследовать его. Робот, исследующий область, также мог сбросить узел связи, чтобы расширить область контакта. Робот глубоко в пещере мог передавать информацию обратно роботу, находящемуся ближе к поверхности, который мог быстрее вернуться в точку, где он мог передать информацию операторам-людям. Это изменило способ, которым люди работали с роботами: оператор-человек использовал систему управления для установки целей и руководства общей стратегией, оставляя роботам возможность оценивать условия на земле и выбирать, как выполнить работу. ^{[2] [3]}

В начале 2020 года ожидалось, что три команды будут соревноваться, быстро запуская небольшую полезную нагрузку спутника на орбиту, с минимальным уведомлением, с двух разных стартовых площадок (это требование было позже, когда в Challenge остался только один участник, смягчено, так что запуски должны были использовать разные стартовые площадки, но могли использовать одну и ту же стартовую площадку ^[27] ) - один всего через несколько дней - за возможность выиграть призы. Призы Challenge следующие: Все команды, прошедшие квалификацию для участия в конкурсе, получат 400 000 долларов США. Каждая команда, успешно осуществившая орбитальный запуск, получает приз в размере 2 миллионов долларов США и имеет право попытаться совершить второй запуск в быстрой последовательности. Вторые запуски команд оцениваются (на основе комбинации времени запуска, запущенной массы и орбитальной точности и т. д.); победившая команда получает 10 миллионов долларов США, второй приз - 9 миллионов долларов США, а третий приз - 8 миллионов долларов США. Первоначально пул стартовых площадок для Challenge состоял из 8 стартовых площадок; ^[28] В конце концов, для попытки запуска был использован только Тихоокеанский космодром – Аляска .

Challenge был объявлен 18 апреля 2018 года ^[29], а 10 апреля 2019 года ^[30] были объявлены три команды-финалиста, которые попытаются запустить ракеты: Virgin Orbit , Vector Launch и Astra (хотя в то время не было опубликовано, что третьим финалистом была Astra; компания упоминалась только как «скрытый стартап»). Осенью 2019 года и Vector, и Virgin выбыли из конкурса, Vector из-за финансовых проблем ^[31], а Virgin, потому что хотела сосредоточиться на других клиентах, помимо DARPA. ^[32] Последняя оставшаяся команда, Astra, попыталась запустить свою Astra Rocket 3.0 для Challenge с Тихоокеанского космодрома на Аляске в конце февраля и начале марта 2020 года, но несколько попыток запуска были отменены из-за погодных условий и технических проблем. Поскольку единственная команда, оставшаяся в соревновании, не смогла запустить свою ракету в установленные DARPA сроки, Challenge был отменен 2 марта 2020 года, и победитель DARPA Launch Challenge не был определен. Призовой фонд в размере 12 миллионов долларов остался невостребованным. Ни один из участников DARPA Launch Challenge не осуществил ни одного запуска ракеты. ^[33]

Опубликованы технологическая статья и исходный код для компонента машинного обучения компьютерного зрения из Стэнфордской заявки 2005 года. ^{[34] [35]}

Команды Urban Challenge 2007 года использовали различные комбинации программного и аппаратного обеспечения для интерпретации данных датчиков, планирования и выполнения. Некоторые примеры:

На Викискладе есть медиафайлы по теме DARPA Grand Challenge .

• Официальный сайт
  • Анонс Grand Challenge 2007 ( PDF )
• DARPA Cyber ​​Grand Challenge

• Статья Forbes о конкурсе DARPA Cyber ​​Grand Challenge
• Статья Engadget о конкурсе DARPA Cyber ​​Grand Challenge