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无人驾驶技术是怎样实现重大突破的?

新火种    2023-09-11

美国汽车行业、智能汽车领域的资深新闻编辑,《大西洋月刊》编辑,《商业内幕》、《连线》前编辑亚历克斯·戴维斯所著的《自动驾驶之争》一书,涵盖了两部分的内容:无人驾驶技术和汽车是如何经由冒险家与创新领域的“好战分子”一步步从概念、雏形转化为实际,并使之具备了商业应用的可能;谷歌、特斯拉、优步等互联网科技巨头如何把握其机遇,加速推动无人驾驶汽车的应用和推广。

这两个进程相互融合、交叠,其间不乏交锋、博弈、权谋、阴谋,参与者除了谷歌等互联网科技巨头企业,通用汽车、丰田汽车等“后知后觉”的汽车巨头企业,厄姆森、莱万多夫斯基等创新精英,还有斯坦福大学、卡耐基梅隆大学、麻省理工学院等名校的专家学者,以及扮演自动驾驶技术孵化阶段最重要资助者角色的美国军方代表:美国国防部高级研究计划局(DARPA)。

在笔者看来,全书谈到的第一个过程,即无人驾驶技术和车辆的关键突破,是如何在21世纪初的头几年里,以出人意料的方式得以实现,对于大众读者而言,是最具阅读趣味和启发意义的。

书中开篇即明确提及,在克林顿结束其总统任期前所签署的授权法案中,已经明确列明了对无人驾驶和远程控制技术的支持。这两项技术被认为有助于减少美军行动中的伤亡。正如书作者所指出的那样,美国军方提出这项需求时,其实并没有想到无人驾驶技术的复杂性究竟意味着什么,以及由此涉及到的法律、经济、社会影响。

美国国防部高级研究计划局(DARPA)设立于1958年,就是美国对苏联成功发射第一颗人造地球卫星的回应。该机构成立后不久就通过资助麻省理工学院、斯坦福大学以及兰德公司,推动实现了阿帕网并在后来发展为互联网。当然,同时期,DARPA的另一项“重大”发明是其并不愿意被反复提及的:他们也是“橙剂”的资助开发者,这种化学物质被生产出来后在越南南部倾倒了数百万升,造成当地居民大量成为癌症患者,幸存者也往往也难以摆脱出生缺陷隐患。

无人驾驶技术和车辆在诞生之前,其实已经广泛出现于科幻文学和影视作品。斯坦福大学在20世纪60年代也确实设计出了第一辆被广泛认可的自动驾驶汽车。但一直到21世纪头个10年,美国以及其他国家的汽车工业对于无人驾驶基本上没有兴趣,也不参与。这一技术的长期资助者就是DARPA一家,也体现了相当程度上的耐心。

克林顿2001年初离任前签署的法案,给了DARPA带来了压力:政治家只要求目标,不关心也确实不太懂科学和技术问题。DARPA长期的资助,使得无人驾驶技术获得了持续但缓慢的进步,距离大规模实际应用相去甚远。被逼上“梁山”的DARPA想到了一个办法,那就是举办一个全自动驾驶汽车的挑战赛,设置丰厚的奖金,鼓励美国各界的技术和创新精英报名参加。

接下来就是《自动驾驶之争》书中所述的创新精英故事。无人驾驶技术的许多重要技术障碍,分别由很多并没有汽车研究和从业经验,甚至也没有从事过人工智能和机器人研究的年轻工程师参与破解。如果依照后来诞生的无人驾驶车辆的标准来衡量这些冒险家,甚至可以说其中不少人压根就是招摇撞骗之辈。

但这一切似乎并不是那么重要,冒险家们非常莽撞地启动各自的实验,比如买下一辆能够完成挑战赛赛程的越野汽车,然后拆解发动机,一点点摸索实现自动驾驶所需的转向、制动和加速功能。至于取代人类驾驶员的感官,则引入机器人研发人员,将可以感知周围环境的机器人装配到汽车上。再完善雷达、摄像头、激光雷达,这些设施之间制作万向接头,从而使得车辆传感变得更加灵敏。接下来,再在驾驶座椅上放置一个重达453千克的铝盒子,内置当时性能最强的电脑,这就是机器人大脑,运行着让机器人如何运动的软件,根据传感器反馈数据作出反应,最后向方向盘、油门和制动器发出指令。

毫无疑问,经过这样装配、拼凑的“无人驾驶汽车”,当然问题多多,故障不断,就像书中所说的那样,“要么GPS失灵,要么是转向或油门控制器自行复位,要么是轻微的撞击损坏硬盘”,有时车辆会无端熄火,有时会偏离轨道,这就需要团队一遍又一遍进行反复调试修复。

又如,莱万多夫斯基甚至想出了设计自动行驶的摩托车的创意。但这个创想的转换一点儿也不比汽车的自动驾驶化简单,需要加上GPS、倾斜仪、加速度计、控制油门的电机、刹车和转向装置,还有就是笔记本电脑及其支架。莱万多夫斯基当时是加州大学伯克利分校的研究生,还曾用这个身份致信宝马公司希望获得该公司摩托车公司的相关支持——如果宝马公司当时注意到或者说重视了这个提议,这其实意味着该公司将很更早进入无人驾驶车辆的研发应用领域,对汽车行业其他企业构成降维打击。但宝马公司没有给莱万多夫斯基回信。

相较之下,美国国防承包商雷神公司,从惠普剥离而来的安捷伦公司、传感器制造商克而斯博都给予了莱万多夫斯基以设备资助。

DARPA主持的第一次比赛2004年3月举行。参加该比赛的各种无人驾驶车辆,而今来看,可谓滑稽不堪,美国的很多媒体讥讽比赛没有什么意义,没有赢家,跑得最远的无人车跑了12千米,但是着火了。但这就像是1岁孩童开始尝试直立、扶着走路、独立走路阶段时的状态那样,自以为是的嘲讽者被证明是短视的。

DARPA在第一次比赛颇为狼狈地结束时就下决心要继续举办第二次、第三次比赛,第三次比赛甚至选择进入城市比赛。更多、更新的技术、设备以及集成系统被更好地应用到了用来参加挑战赛的无人车上。多年前,美国甚至全世界最为优秀的一批科学家也是在这种你追我赶的氛围中,实现了不可思议的研发跃迁。

所评图书:

书名:《自动驾驶之争》

译者:李雨嘉

出版社:浙江科学技术出版社·湛庐文化

出版日期:2023年7月

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