РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Робособаки в подземелье: невероятные беспилотные машины в финале соревнований DARPA

Осенью 2021 года прошел финальный этап соревнований между командами машин, способных самостоятельно обследовать темные и опасные подземелья — тоннели, подвалы, пещеры.
Робособаки в подземелье: невероятные беспилотные машины в финале соревнований DARPA

Ворота распахнуты, широкий черный лаз, мрачный и негостеприимный, ведет под землю. Заброшенные шахты на окраине Луисвилля – самое большое рукотворное сооружение во всем штате Кентукки – уходят на глубину до 30 м, образуя лабиринт общей площадью около 370 тыс. кв. м. С конца 1980-х, когда здесь прекратилась добыча известняка, в тоннелях Mega Cavern располагаются коммерческие склады и даже офисы, – хотя большая часть их отдана туристам, любителям скалолазания и спелеологии. Но в сентябре 2021 года проход временно закрыли и для них: в тревожную темноту подземелья пускали только роботов.

Не занимайтесь самолечением! В наших статьях мы собираем последние научные данные и мнения авторитетных экспертов в области здоровья. Но помните: поставить диагноз и назначить лечение может только врач.
3D-схема испытательного полигона
3D-схема испытательного полигона
Роботы

1-е место

Премия: 2 млн долл. 

Команда: CERBERUS 

Страна: США, Великобритания, Швейцария, Норвегия 

Система: автономный колесный робот с беспилотником 

 

2-е место

Премия: 1 млн долл.

Команда: CSIRO Data61 

Страна: Австралия, США 

Система: гусеничные и шагающие (четвероногие) роботы 

 

3-е место 

Премия: 500 тыс. долл. 

Команда: MARBLE 

Страна: США 

Система: автономный колесный робот с беспилотником

Алгоритмы

1-е место 

Премия: 750 тыс. долл. 

Команда: Dynamo 

Страна: Испания 

Система: группа беспилотных квадрокоптеров 

 

2-е место 

Премия: 500 тыс. долл. 

Команда: CTU-CRASNORLAB 

Страна: Чехия, Канада 

Система: колесные, гусеничные и шагающие машины, беспилотники 

 

3-е место 

Премия: 250 тыс. долл. 

Команда: Coordinated Robotics 

Страна: США 

Система: колесные и беспилотные роботы

Для автономных машин такая обстановка едва ли не самая сложная. Под землей невозможно ориентироваться по сигналам спутниковой навигации, радиосвязь действует лишь на очень ограниченной дистанции. В полутемных и влажных тоннелях полно препятствий и угроз. Обломки камней и мусор, неожиданные провалы, лестницы, узкие лазы – при этом ни карты, ни контакта с поверхностью у роботов нет. 

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Машинам дается ограниченное время на то, чтобы разобраться в лабиринте и найти спрятанные артефакты, передав на базу информацию об их местонахождении. Артефакты имитируют основные цели, которые чаще всего приходится отыскивать в подземельях: заваленных людей, отдельных выживших и их вещи, источники утечки газа. Соревнования DARPA Subterranean Challenge (SubT) ориентированы на создание полностью автономных систем, которые возьмут на себя эти задачи, заменив спасателей и военных при работе в таких опасных условиях.

Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) запустило международный конкурс еще несколько лет назад, и к осени 2021-го десять лучших команд добрались до финального спуска в темноту. 

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Тоннели 

Поверхность Земли тут и там пронизана системами пещер разной глубины, некоторые из них тянутся на многие сотни метров. Ниже городских дорог и зданий проложены многокилометровые лабиринты искусственных тоннелей, практически у каждого дома есть подвал. Эти подземелья не всегда картографированы, и в случае чрезвычайной ситуации приходится действовать вслепую. Составление подобных карт – дело опасное и трудоемкое, но передать его роботам пока не удается. Чтобы хоть частично автоматизировать процесс, поначалу использовали груженные камерами и лазерными дальномерами (лидарами) тележки, которые толкали перед собой люди. 

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Впоследствии появились дистанционно управляемые машины, с помощью которых инженеры смогли картографировать некоторые заброшенные шахты, а спасатели разыскивали пострадавших под завалами. Однако операторы с трудом ориентируются по картинке с камер, работая медленно и не всегда точно. Для настоящей скорости и эффективности роботы должны действовать самостоятельно, причем группами. Ни один из них не сможет справиться со всеми вызовами подземелья: там, где колесная платформа упрется в лестницу, беспилотник легко поднимется и осмотрит соседние этажи.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Команда роботов CSIRO DATA61 отправляется в узкие пещеры, ориентируясь с помощью камер и лидаров.
Команда роботов CSIRO DATA61 отправляется в узкие пещеры, ориентируясь с помощью камер и лидаров.

Чтобы стимулировать развитие подобных технологий, агентство DARPA и организовало конкурс SubT. Условия соревнований максимально имитируют реальные – с искусственно воссозданными туманами, текущей со стен водой и грязью на полу, наклонами и ограниченным пространством. Машины должны самостоятельно преодолеть и картографировать лабиринты протяженностью около 8 км каждый, определив расположение в нем пары десятков артефактов. Команды разбили лагерь непосредственно у входа, но внутрь роботы отправились одни.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Призовой куб. Так «киберпанково» выглядел один из артефактов, которые разыскивали участники соревнований.
Призовой куб. Так «киберпанково» выглядел один из артефактов, которые разыскивали участники соревнований.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Подвалы 

Организаторы конкурса выделили три ключевых вида обстановки, с которой машинам придется столкнуться при выполнении подобных миссий: тоннели, подвалы и пещеры, которые различаются особенностями поверхности и набором препятствий. Тоннели, подобно шахтам в Кентукки, образованы сетью сравнительно прямых темных коридоров, наклонных и пологих, усеянных обломками камней и часто пересеченных старыми рельсами. В подвалах рельсов нет, зато встречаются лестницы, которые связывают друг с другом несколько уровней, заваленных всевозможным мусором. Наконец, пещеры сочетают узкие и скользкие проходы и обширные пустые залы. За три года, в течение которых шел конкурс SubT, команды-участницы должны были справиться со всеми тремя вариантами. 

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

На каждом этапе внутри лабиринта размещались соответствующие артефакты для поиска. Манекены, изображавшие людей, их мобильные телефоны и вещи, использовались во всех, но в тоннеле требовалось еще отыскать огнетушитель и сумку с инструментами, а в подвале – источник утечки газа. Соревнования проходили в двух номинациях: между алгоритмами в виртуальных копиях тоннелей, подвалов и пещер и между реальными роботизированными системами, соперничающими в настоящих подземельях. Лишь пещерный этап ограничился виртуальным пространством: в 2020  году организаторы не сумели собрать команды из-за противовирусных ограничений. 

Менеджер DARPA Саймон Уотсон сравнивает конкурс SubT со спортивным триатлоном, в котором важно быть не лучшим бегуном, велосипедистом или пловцом, а равномерно развивать все эти навыки. Тем более что финальное испытание, прошедшее осенью в Кентукки, скомбинировало все три этапа в одном: в части тоннелей, оставшихся от старых разработок, были устроены имитаторы и городских подвалов, и природных пещер. Одна за другой команды роботов отправлялись, чтобы картографировать это опасное пространство и локализовать артефакты с точностью до 5 м.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Трехмерные карты подземелья роботы создавали автоматически: входя внутрь, ни один из них не знал, с чем именно придется столкнуться.
Трехмерные карты подземелья роботы создавали автоматически: входя внутрь, ни один из них не знал, с чем именно придется столкнуться.

Пещеры

Разные команды применяли разные комбинации машин. Одни сделали ставку на четвероногих роботов, используя в том числе и знаменитых «собак» Spot от Boston Dynamics. Другие взяли за основу колесные или гусеничные платформы или даже шестиногие шагающие устройства, похожие на крупных пауков. Чтобы обследовать труднодоступные участки и соседние уровни, базовые машины часто дополнялись одним или несколькими беспилотниками, а одна команда и вовсе полностью положилась на рой миниатюрных дронов.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Для обеспечения полной автономности каждый робот имел собственный источник питания, лидары и камеры с подсветкой для работы в темноте, газовые датчики (для обнаружения протечек – одного из конкурсных артефактов), собственные системы связи. Модули Wi-Fi использовались для настройки и подготовки машин, а коммуникации под землей были организованы с помощью распределенной системы Mobilicom, способной действовать на дистанции до 100 м. Кроме того, по мере продвижения роботы оставляли вдоль маршрута ретрансляторы – небольшие маячки, которые поддерживали связь между машинами, работающими в разных участках лабиринта. 

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Смотреть на работу некоторых роботов – прямая трансляция соревнований велась на официальном YouTube-канале DARPA SubT – без слез было трудно. Робособаки то и дело утыкались в стену и, потеряв ориентир, упорно бились о препятствие головой. Другие заваливались в узких проходах или ломали оборудование, цепляясь за преграды. Однако победители, использовавшие искусственный интеллект, помогающий ориентироваться внутри и идентифицировать препятствия и конкурсные артефакты, выглядели на удивление хорошо. 

Опасные стены «глазами» машин из команды CTU-CRASNORLAB, работающих в пещерной части полигона.
Опасные стены «глазами» машин из команды CTU-CRASNORLAB, работающих в пещерной части полигона.

Менее чем за час эти машины провели картографирование шахт системы Mega Cavern и нашли все спрятанные цели. Людям на выполнение той же задачи, по расчетам организаторов соревнований, потребовалось бы несколько дней непрерывного и опасного труда. Еще недавно тоннели, подвалы и пещеры казались совершенно непреодолимыми для роботов, но постепенно им становятся доступны даже такие места.

Живые участники команд не могли вмешиваться в действия роботов в подземелье – они лишь следили за их перемещениями снаружи.
Живые участники команд не могли вмешиваться в действия роботов в подземелье – они лишь следили за их перемещениями снаружи.
Загрузка статьи...