Физика будущего

Каку Митио

Автомобиль без водителя

В ближайшем будущем, вероятно, человек получит возможность, сидя за рулем, спокойно бродить по Сети и рассматривать сайты при помощи контактной интернет-линзы или интернет-очков. Дорога на работу перестанет быть такой мучительной и нудной, потому что автомобили научатся управлять собой сами. Уже сегодня машина с GPS-приемником, позволяющим определить положение в пространстве с точностью до пары метров, может проехать без водителя сотни километров. Агентство перспективных исследовательских проектов Минобороны США (DARPA) спонсировало конкурс под названием DARPA Grand Challenge,

в котором научным коллективам предлагалось представить автомобили без водителя на гонку через пустыню Мохаве; за победу полагался приз — миллион долларов. Так DARPA продолжает традицию финансирования рискованных, но перспективных технологий.

(Кстати, в числе исследовательских проектов Пентагона можно назвать и Интернет, первоначальной целью которого было обеспечение связи для ученых и чиновников во время и после ядерной войны, и систему GPS, разработанную для наведения межконтинентальных ракет. Но позже, после завершения холодной войны, и Интернет, и GPS были рассекречены и стали общедоступными.)

Первый конкурс в 2004 г. получился странным — ни один автомобиль без водителя не смог проехать 150 миль по пересеченной местности и пересечь финишную линию. Все роботизированные машины либо сломались, либо сбились с пути. Однако уже в следующем году пять машин сумели выполнить новое задание, даже более сложное: им нужно было проехать по дорогам, где было 100 крутых поворотов, три узких тоннеля и участки, проходящие по краю пропасти.

Некоторые критики утверждают, что роботизированные автомобили научатся, возможно, ездить по пустыне, но никогда не смогут нормально ориентироваться в забитом машинами мегаполисе. Поэтому в 2007 г. DARPA объявило еще более амбициозный проект — Urban Challenge, в котором машины-роботы должны были проехать 60 сложных миль по имитированной городской территории не больше чем за шесть часов. Машины должны были соблюдать все правила дорожного движения, разъезжаться в пути с другими участниками конкурса и корректно проезжать перекрестки. Шесть команд успешно завершили дистанцию, а три лучшие получили призы соответственно два, один и полмиллиона долларов.

Цель Пентагона — сделать треть сухопутных сил США автономными к 2015 г. Вполне возможно, что такие технологии спасут множество жизней, ведь известно, что чаще всего американские солдаты гибнут от заложенных на дорогах мин. В будущем многие транспортные средства армии США будут ездить вообще без водителей. Для обычного же потребителя такая технология будет означать, что для управления автомобилем достаточно нажать кнопку, а остальное сделает робот; человек «за рулем» сможет работать, отдыхать, рассматривать окружающие пейзажи, смотреть кино или бродить по Интернету.

На съемках одной из научно-популярных программ для канала «Дискавери» мне и самому довелось поездить в такой машине. Это был обтекаемый спортивный автомобиль, модифицированный и полностью роботизированный инженерами из Университета штата Северная Каролина. Он был снабжен компьютерами, по мощности в восемь раз превосходящими обычный PC, и умел ездить совершенно автономно. Надо сказать, что втиснуться внутрь этой машины оказалось непросто слишком там все было забито оборудованием. Везде — на сиденьях, на панели управления, на полу — громоздились какие-то сложные на вид электронные устройства. Взявшись за рулевое колесо, я заметил резиновый шнур и небольшой моторчик, при помощи которого компьютер мог, собственно, поворачивать руль и управлять машиной.

Я повернул ключ в замке, надавил на газ и вывел машину на шоссе, а затем щелкнул переключателем, давая команду компьютеру взять управление на себя. После этого я снял руки с рулевого колеса, и автомобиль поехал дальше сам. Я ощущал уверенность и полностью доверял компьютеру, который непрерывно вносил крохотные поправки и чуть доворачивал руль при помощи моторчика. Поначалу было немного странно видеть, как рулевое колесо и педаль газа двигаются сами по себе. Казалось, что управление взял на себя призрачный невидимый водитель, который находится где-то рядом, но через некоторое время я привык. Более того, чуть позже я с удовольствием расслабился и только смотрел, как машина катит вперед со сверхчеловеческим мастерством и точностью. Мне же оставалось лишь радоваться жизни и рассматривать пейзажи

за окном.

Сердце роботизированной машины — система GPS, позволяющая определить положение в пространстве с точностью до пары метров. (Специалисты утверждают, что иногда она определяет положение с точностью до десятков сантиметров [2] .) Сама по себе система GPS — чудо современной техники. Каждый из примерно 30 спутников системы, находящихся на околоземной орбите, ведет постоянную радиопередачу с использованием собственного кода. GPS-приемники в машине принимают эти сигналы. Все сигналы немного искажаются, поскольку спутники в этот момент находятся на разном расстоянии от вас и движутся относительно вас в разных направлениях. Это искажение называется допплеровским сдвигом. (К примеру, радиоволны сжимаются, если спутник приближается к вам, и растягиваются, если удаляется.) Проанализировав небольшое искажение частот сигналов [3] от трех или четырех спутников, компьютер машины точно определяет нашу позицию.

2

При наличии доступа к военным сигналам типа P/Y. При использовании только гражданского сигнала среднеквадратичная ошибка составляет порядка 2,5 м. — Прим. пер.

3

Основой определения координат пользователя является измерение не частотных сдвигов, а лишь времени прохождения сигналов от нескольких спутников, находящихся на разных (но известных в каждый момент) расстояниях от него. Для определения трех пространственных координат в принципе достаточно обработать сигналы от четырех спутников, хотя обычно приемник «берет в расчет» все исправные спутники, которые он слышит в данный момент. Существует также более точный (но и более сложный в реализации) метод, основанный на измерении фазы принимаемого сигнала. — Прим. пер.

Кроме того, в бампере у машины установлен радар, так что она буквально чувствует препятствия. В будущем подобные сенсоры приобретут громадное значение и каждый автомобиль, почувствовав неминуемое столкновение, автоматически примет меры. В настоящее время в автокатастрофах в США погибает почти 40 000 человек ежегодно. Не исключено, что в будущем выражения «дорожно-транспортное происшествие» и «автокатастрофа» просто исчезнут из языка.

Автомобильные пробки, возможно, когда-нибудь тоже уйдут в прошлое. Центральный компьютер сможет следить за движением всех машин на дороге и одновременно поддерживать связь со всеми роботизированными машинами. Он без труда заметит пробки и заторы на маршруте. В эксперименте, проведенном к северу от Сан-Диего на федеральном шоссе N-15, в дорожное полотно были встроены специальные датчики, позволявшие центральному процессору следить за ситуацией. В будущем в случае затора на дороге компьютер будет перехватывать у водителя управление автомобилем и обеспечивать свободное движение.

Автомобиль будущего научится чувствовать и другие опасности. Тысячи людей гибнут и получают травмы, потому что водитель уснул за рулем; особенно часто это происходит в ночное время или во время долгого монотонного пути. Но уже сегодня можно заставить компьютер следить за вашими глазами и регистрировать признаки утомления и сонливости, а затем подавать звуковой сигнал и будить водителя. Если это не поможет, компьютер возьмет управление на себя. Кроме того, компьютер может распознать присутствие внутри автомобиля избыточного количества алкоголя; не исключено, что такая мера поможет снизить количество аварий, связанных с алкоголем.

Переход к умным автомобилям, конечно, произойдет не мгновенно. Сначала военные внедрят их у себя и в процессе эксплуатации устранят ошибки и недоделки. Затем роботизированные машины выйдут на рынок и в первую очередь появятся на длинных и скучных перегонах федеральных трасс. Затем они понемногу проникнут в пригороды и крупные города, но в случае необходимости водитель будет иметь возможность взять управление на себя. Пройдет какое-то время, и люди будут удивляться, как раньше жили без них.