«Автопилот» для «пробок» - как работает Audi AI traffic jam pilot

Зачем человечеству нужна автоматизация автотранспорта мы рассказали в прошлый раз. Ну а теперь посмотрим, как работает Audi AI traffic jam pilot, «пробочный автопилот с искусственным интеллектом». Ввиду ограничения скорости до 60 км/ч автопроизводитель позиционирует свою новинку для освобождения человека в такой неприятной форме вождения как городские заторы, когда движешься мало, но внимания – из-за сложности окружающей обстановки требуется много.

По психологической инерции, доставшейся нам от космических успехов рубежа пятидесятых-шестидесятых годов ХХ века космические технологии кажутся наиболее совершенными и сложными. Но это далеко не так. Для оценки сложности систем управления очень удобно пользоваться понятием размерности фазового пространства. Это – пространство воображаемое, ничего общего с теми «высшими измерениями» по которым прыгает USS Discovery в текущем сезоне сериала Star Trek, или по которым разъезжал Путешественник по Времени у Уэллса.

Самые модные ракеты хоть и уходят в космическое пространство, но управление ими осуществляется в фазовом пространстве с куда меньшей размерностью, чем у атомобиля…
Самые модные ракеты хоть и уходят в космическое пространство, но управление ими осуществляется в фазовом пространстве с куда меньшей размерностью, чем у атомобиля…

Воображаемое, но очень полезное. Каждой регулируемой величине в фазовом пространстве соответствует одно измерение. Проще всего управление на железной дороге. Если считать состав материальной точкой, то управление им одномерно. Ведется только по скорости – едем вперед, подаем назад, стоим у перрона или в тупике. У летательного аппарата, самолета или ракеты, все сложнее. Сложнее, но не намного – он описывается всего лишь шестью параметрами – тремя геометрическими декартовыми координатами и тремя углами: тангажа, рыскания и крена; x, y, z и φ, ψ, γ.

В реальности все несколько сложнее – в атмосфере вводится еще поточная (скоростная) система координат. (Приемники полного давления, на которые грешат в поисках причин гибели Ан-148 в Подмосковье – средства привязки к этой самой поточной системе координат.) Подробно все описано здесь. Но все достаточно просто и малоразмерно. И первый автопилот, устройство удерживающее курс самолета и стабилизирующее крен фирма Sperry представила еще в 1912 г., а самые первые опытные ракеты 1930-х уже летали с автоматикой.

 

С автомобилем много хуже. Воздух или космос они свободны. Получил эшелон или траекторию к орбите – и лети по ним. И то – случайно попавшая в двигатель птичка может привести к трагедии. А на дороге все на порядки сложнее. Поточная (скоростная) система связана с состоянием и движением воздуха. Ну а для автомобиля ее аналог – состояние дорожного полотна в данной точке траектории движения.  Мы просто не понимаем, какой гигантский объем измерений и вычислений совершает подсознательно пешеход и водитель, двигаясь по тротуару или дороге. А ведь мы в каждый момент обозреваем окружающее, строим в голове его модель, ставим ногу или направляем автомобиль на свободное место, учитываем положения и скорости окружающих людей и машин.

И каждый замер каждого параметра, кучка продукта собачьей жизнедеятельности на тротуаре,  открытый люк на дороге – это размерность фазового пространства. То есть речь идет об управлении в фазовом пространстве размерностью в тысячи и тысячи раз большей, чем то, в котором работают приборы управления космических ракет и стоящих десятки миллионов долларов самолетов. И цена системы управления должна быть сравнимой с ценой автомобиля, представительского седана только в начале, потом она составить доли от цены малолитражки.

И надежность автомобильных автопилотов должна быть  много выше, чем даже авиационных – сравним число поездок и полетов. (Космос с его уровнем аварийности в единицы процента и рассматривать неприлично…) Так что именно автомобильный авто-пилот и есть вершина современной техники, в первую очередь – информационных технологий. Но как же устроен робот-рулевой?

 

Карел Чапек, давший имя австрийской барщины robot искусственным людям, представлял их как упрощенных людей. Без лишних функций, вроде репродуктивных. Быстро производимых на заводе, а не выращиваемых и воспитываемых за пару десятилетий. Готовых есть объедки, одеваться в дерюгу. Представим себе такого робота, неважно биологического или железного с кремниевым мозгом. Решит ли задачу автомобильного автопилота такой робот, если усадить его за водительское кресло (в лимузине – в ливрее, в малолитражке в спецовке…)?

«Органы чувств» авто-пилота  Audi AI traffic jam pilot равняются одному коту, одной сове, четырем зайцам, дюжине летучих мышей; плюс лидар и четыре радара.
«Органы чувств» авто-пилота  Audi AI traffic jam pilot равняются одному коту, одной сове, четырем зайцам, дюжине летучих мышей; плюс лидар и четыре радара.

Ни в коем случае! По очень простой причине – у человека, тем более упрощенного, мало органов чувств. И для управления автомобилем он использует только зрение (кажется, сейчас медкомиссии пропускают даже глухих). А вот у автопилота  Audi AI traffic jam pilot (как и у его конкурентов от других компьютерных и автомобильных фирм) «органов чувств» много больше. Он имеет четыре видеокамеры кругового обзора,  дополнительную фронтальную камеру, инфракрасную камеру, двенадцать сонаров, четыре радара средней дальности и один лидар.

То есть – зрение у AI traffic jam pilot несопоставимо лучше, чем у любого живого существа. Лучше по любому параметру – вкусный и трусливый кролик ищет хищника почти по всему горизонту – а авто-пилот перекрывает его четырехкратно. Инфракрасная камера видит в темноте лучше выслеживающей мышей совы. Взаимодействие фронтальной и обзорных камер позволяет оценивать дистанции визуально не хуже хищных кошачьих с их бинокулярным зрением, обеспечивающим точный прыжок на добычу . Сонары, ультразвуковые локаторы, видят окружающее как дюжина летучих мышей.

 

Ну а электромагнитных локаторы – это уже чисто человеческое. Четыре радара – столько имел стратегический бомбардировщик Ту-95 конца 1950-х, современные модификации которого летают и ныне (панорамный РБП-2 «Рубидий-ММ», стрелковый АР17 ПРС-1 «Аргон» и два радиовысотомера). А еще в Audi AI traffic jam pilot впервые в мире применен лидар, лазерный сканер, который строит трехмерную систему окружающего в передней полусфере, там куда машина движется. (До этого считалось, что лидары слишком дороги для серийных машин.)

На вооружение Ту-95 в конце 1950-х поступил с 4 радарами, как в современном автомобиле…
На вооружение Ту-95 в конце 1950-х поступил с 4 радарами, как в современном автомобиле…

То есть – автопилот автомобиля это, прежде всего, органы чувств. Куда более многочисленные и изощренные, чем у любого живого существа – его ведь создавали инженеры, а не слепая садистка Эволюция. И, кстати, автомобиль кроме автопилота свои мышечные рефлексы – с ними, наверное, можно сравнить автоподстройку пневматической подвески, меняющей просвет в зависимости полотна и отрабатывающей крены. А органы чувств умеют с этими, «подсознательно-управляемыми мышцами» взаимодействовать – если они подскажут, что неминуем боковой удар, то пневмоцилиндры перекосят машин, принимая удар на жесткое дно, а не на нежные дверки; ну, прямо как группируется человек при падении.

Ну и что главное при изобилии органов чувств? Главное – иметь достаточно нейрокоры в головном мозге, чтобы обрабатывать и интерпретировать поступающие от них сигналы. Вот про ту цифровую электронику, которая имеет шансы стать типовой в автомобилях без водителя, да еще и массе робототехнических приложениях, мы и поговорим в следующий раз.