Сто лет истории беспилотных автомобилей

Первым беспилотным транспортом были суда. После многовековой борьбы с ветрами и волнами древние моряки придумали устройства, укрощавшие эти силы природы и заменившие собой человека. Это были простые, но гениальные решения, наподобие системы «шкот-румпель», которая используется и по сей день.

Старая иллюстрация: семья из четырёх человек играет в настольную игру, пока футуристический электромобиль автоматически управляет собой (1957 год).

Чтобы изготовить её, достаточно взять кливер-шкот (верёвку, управляющую маленьким передним парусом), пропустить его через шкив и назад через всю палубу. Завершить систему можно, привязав жвака-галсовую смычку к румпелю (палке, меняющей направление лодки). Теперь когда при порыве судно начнёт приводиться к ветру, кливер потянет верёвку через шкив и сдвинет румпель, направляя судно снова в противоположном направлении.

Подобные хитрости помогали умным мореходам снижать усталость от долгих смен у руля в эпоху паруса. Сегодня можно использовать их, чтобы открыть банку холодного напитка и наслаждаться брызгами, пока ваша яхта взрывает гребни волн подобно поезду на рельсах. Однако хотя румпели применялись для управления первыми автомобилями, старая технология не совершила перехода с моря на сушу. В 1891 году, когда Бенц познакомил мир с рулевым колесом, этот вопрос окончательно был снят.

На самом деле, на суше после замены животных машинами задача автоматического управления усложнилась. Моторизация стала значительным усовершенствованием по сравнению с мышечной силой тяговых животных, однако расплатой за это стала потеря «разумности». Очень часто наездники и даже извозчики засыпали с поводьями в руках. Их покорные животные или просто продолжали двигаться по дороге, или останавливались.

Однако легковым и грузовым автомобилям требуется ежесекундное внимание водителя. Активный рост их популярности наряду с увеличившимся риском, связанным с их скоростью и весом, породил множество экспериментальных схем автоматического управления. Проведённая в 1925 году в Нью-Йорке демонстрация позволила получить представление о будущем беспилотных автомобилей, одновременно удивив и напугав публику. Проезжая по Бродвею перед тысячами зрителей, автомобиль с оптимистичным названием «Американское чудо» двигался, по словам New York Times, «так, как будто рулём управляла рука призрака».

American Wonder, 1925 год

В 1920-х моторизированный транспорт забирал ежегодно десятки тысяч жизней, смертность от этой причины была в 18 раз выше, чем сегодня. Новая технология обещала снова сделать улицы городов безопасными. Однако эти надежды вскоре были разрушены — сначала на 62-й улице, а потом на Колумбус-сёркл операторы футуристического автомобиля потеряли управление, после чего «чудо» столкнулось с другой машиной.

Несмотря на эту оплошность, автомобильная промышленность продолжала мечтать об автомобилях с дистанционным управлением. На Всемирной выставке 1939 года на стенде Futurama компании General Motors была представлена огромная моторизированная диорама американского города. Ничем не стеснённые шоссе были заполнены автоматизированными легковыми автомобилями, грузовиками и автобусами, пересекающими оживлённые районы грациозных небоскрёбов. В диораме даже присутствовала «башня регулировки движения», в которой, по мысли дизайнеров города будущего, диспетчеры должны были по радио управлять движением десятков тысяч машин. К 1950-х место перспективной технологии дистанционного управления транспортом заняли направляющие провода, встроенные в поверхность дороги. Забавно, что первую успешную демонстрацию такой системы впервые реализовала в 1950-х RCA (Radio Corporation of America).

Эти первые прототипы показали техническую реализуемость автоматизированного вождения, но из-за высокой стоимости и отсутствия спроса ни радиоуправление, ни направляющие провода не получили популярности. По расчётам, цена шоссе для управляемого транспорта составляла аж 200 тысяч долларов за одну милю. При полной реализации этот «апгрейд» дорог добавил бы ещё более 40 процентов к цене создания Системы межштатных автомагистралей США, уже и так ставшей крупнейшим проектом общественных работ в американской истории. Тем временем, несмотря на опасности и трудности долгих или ночных поездок, производители автомобилей по-прежнему находились на гребне волны восхищения потребителей автомобилями. Они сосредоточились на производстве мощных новых машин, езда на которых была бы удовольствием.

В мечтах того периода времени будущее автоматизированного вождения было основано на внешнем управлении. Однако к 1960-м фокус сместился к использованию новых компьютерных технологий для создания автомобилей, которые на самом деле могли бы управлять собой без внешней помощи. В Стэнфордском университете исследователями впервые были созданы роботы, использовавшие камеры для слежения за дорогой и компьютеры для навигации. В тщательно контролируемых экспериментах эти первые дроиды двигались по белым линиям и избегали препятствия на пути.

Стэнфордская «тележка», 1961 год

Автономное движение ненадолго оставалось только лабораторными проектами. Процессоры и методики обработки изображений совершенствовались, поэтому к концу 1970-х инженеры из механической лаборатории Цукубского университета смогли протестировать на дорогах Японии первый в мире самодвижущийся пассажирский транспорт. Перемещаясь со скоростями до 20 миль в час, эти первые автоматизированные машины использовали две видеокамеры для визуального распознавания дорожной разметки. В 1980-х действие переместилось в Европу, где профессор Университета вооружённых сил Западной Германии Эрнст Дикманнс дополнил фургон Mercedes-Benz самодельными устройствами автономного движения, начав таким образом процесс десятилетнего сотрудничества с автомобильным гигантом Daimler.

Автономная машина лаборатории Цукубского университета, 1977 год

Наконец, настала очередь США — в 1990-х лидерство перехватил Университет Карнеги-Меллона. Соревнования по созданию автономных автомобилей распространялись по всему свету, ПО активно совершенствовалось, а компьютеры становились всё быстрее, открывая новые возможности. К концу десятилетия в США, Германии и Японии были зарегистрированы первые поездки через всю страну под автоматизированным управлением.

Однако наиболее активный период развития беспилотных автомобилей (БПА) ещё не начался. В начале 2000-х Пентагон со всё большим интересом наблюдал за развитием этой технологии. Чтобы сосредоточить труды отдельных исследовательских групп и усилить связи с оборонной и автомобильной промышленностями, Defense Advanced Research Projects Agency — наиболее независимое ответвление Министерства обороны США, финансирующее исследования — организовало в 2004, 2005 и 2007 годах серию открытых соревнований. Эти «Grand Challenges» предлагали миллионы долларов призовых и бесценный престиж, поэтому привлекли к себе десятки команд из научных и промышленных кругов.

Тестируя своё лучшее оборудование и ПО, участники соревнований издалека наблюдали, как их БПА пытались перемещаться по открытым пространствам и по более городским пейзажам на заброшенной военной базе. Соревнование 2004 года завершилось без победителей — ни один из участников не смог достичь финишной черты. Однако год спустя автомобиль-победитель Стэнфордского университета принёс ему приз в два миллиона долларов.

Соревнования DARPA ускорили развитие беспилотного транспорта. Первое место Стэнфорд получил благодаря передовому использованию в обработке видео машинного обучения — одной из методик программирования ИИ. Но что более важно, соревнования привлекли внимание к возможностям развивающейся технологии. Никого не удивил растущий интерес военных к БПА. Однако большую волну размышлений вызвало их потенциальное применение в гражданской сфере. Люди впервые почувствовали, что практическое коммерческое использование технологий автономного перемещения уже достижимо.

Для автомобильной промышленности это стало призывом к действию, но услышали его не все. Большинство компаний было слишком озабочено финансовым кризисом 2007–2008 годов и последовавшим за ним финансовым спадом. Автомобилестроители США испытывали особенные сложности с использованием возможностей БПА, ведь для этого бы потребовались значительные инвестиции для переноса технологий из лабораторий на рынок. Изготовители автомобилей банкротились или им на помощь приходило федеральное правительство. Тем временем вперёд двигалась Кремниевая долина. К 2009 году глава выигравшей в соревнованиях DARPA команды Стэнфордского университета Себастиан Тран уже руководил проектом беспилотного легкового автомобиля в Google. Поисковый гигант сделал большую ставку на Android, свою очень успешную операционную систему для мобильных телефонов. Казалось, что легковые автомобили могут стать новой важной вычислительной платформой. Сможет ли Google сделать свой вклад в будущее автомобильного ПО? Ставка казалась правильной, ей способствовал долговременный интерес к БПА CEO и одного из основателей компании Ларри Пейджа.

Новый БПА Google демонстрируется на Google X в Маунтин-Вью, Калифорния, 13 мая 2015 года.

Миру потребовалось несколько лет на осмысление хода Google, после чего началась взрывная активность, не только в автомобильном бизнесе, но и в компьютерной промышленности, а также в сфере такси. Внезапно каждый крупный автопроизводитель, каждая компания, связанная с автомобильной перевозкой людей, а также конкурирующие с Google гиганты облачного ПО наподобие Apple быстро мобилизовали свои силы для разработки беспилотных автомобилей. Если собственные проекты не давали убедительных результатов, многие компании просто приобретали многообещающие стартапы, чтобы получить в свои руки необходимые технологии. Всего за два года, 2016 и 2017, в сферу технологий БПА нахлынули инвестиции в размере более 80 миллиардов долларов.

Самой крупной сделкой стало паническое приобретение компанией Intel в 2017 году передового разработчика систем компьютерного зрения, израильской Mobileye, оцененной в 15 миллиардов долларов. Когда развернулась суматоха подобных слияний и поглощений, сеть партнёрских соглашений и перекрёстных холдингов, связывающих изготовителей автомобилей с технологическим сектором, стала ещё более тесной. Две из крупнейших потребительских отраслей, компьютерная и автомобильная, увидели свою будущее друг в друге. Но они не могли решить, хотят ли они двигаться вместе или захватывать конкурентов.

В 2018 году упорный труд и масштабное финансирование оправдали себя. В декабре Waymo, дочерняя компания Google, без шумихи развернула первую в мире службу беспилотных такси в Чендлере, штат Аризона. Спустя более чем 40 лет после первого тест-драйва в Цукубе и почти через десять лет после найма Трана компания начала принимать заказы на беспилотные поездки по пригородам Феникса. Сообщалось, что технологический гигант выделил на постройку своей империи БПА более десяти миллиардов долларов. Казалось, что долгий и мучительный процесс рождения БПА наконец-то завершился.

«Вряд ли существует какая-то задача для транспорта на конной тяге, которую нельзя было бы решить так же хорошо, а, возможно, даже лучше, при помощи автомобилей», — писала New York Times 12 января 1903 года. В тот момент свои двери открыла первая крупная автовыставка на Мэдисон-сквер-Гарден, тогда располагавшейся на 26-й улице и Мэдисон-авеню. Спустя век Times схожим образом разделяла свой энтузиазм, на этот раз наблюдая за инженерными чудесами беспилотной эпохи. В 2018 году колумнист Дэвид Леонхардт писал: «На четвёртый день пользования полуавтоматическим автомобилем я был готов совершить прыжок в будущее».

Эта газета не была одинокой в своём воодушевлении. Как и появление самих автомобилей, развитие БПА породило смелые предсказания о том, какие преимущества новая технология может дать людям и обществу. Но что обещает нам это будущее?

Во-первых, по утверждениям их исследователей, технологии беспилотной езды способны устранить почти всю смертность, вызванную автомобилями. По оценкам, за двадцатый век в авариях моторизованного транспорта погибло 60 миллионов человек. Это больше, чем все военные и гражданские потери во время Второй мировой войны. Но даже несмотря на то, что машины становятся гораздо безопаснее, смерти продолжают происходить, потому что мототранспорт распространяется в новые страны, где не хватает опытных водителей и правил дорожного движения. На фоне автомобильного бума в Китае и Индии каждый год в мире происходит более 1,4 миллиона смертей на дорогах. Подавляющее большинство аварий можно было бы предотвратить при помощи технологий беспилотного вождения, как утверждают их сторонники.

Во-вторых, БПА решат проблему автомобильных пробок. Экономические потери от перегруженных дорог огромны; благодаря устройствам отслеживания местоположения, существующим в современных мобильных телефонах, сегодня их оценить гораздо проще. При помощи огромных объёмов записей о перемещениях, оставляемых телефонами, телеинформационная фирма Inrix подсчитала, что только в одних США цена потраченного в пробках времени водителей составила более 305 миллиардов долларов в год, или примерно по 1,5 тысячи долларов на водителя. Аргументом в пользу БПА является то, что управляемые ПО автомобили благодаря более быстрым рефлексам торможения могут сохранять между друг другом на шоссе меньшее расстояние. Кроме того, БПА также могут уменьшить количество заторов, просто благодаря более разреженному расселению сообществ. Когда пассажиры БПА смогут использовать время перемещения на работу или отдых, вместо слежения за дорогой, то более долгие поездки в менее перегруженные области станут меньшей обузой.

В-третьих, сторонники технологий надеются, что от БПА выиграют все. В двадцатом веке автомобили повысили мобильность сотен миллионов людей, однако успех автомобиля рассеял население и привёл к оттоку фондов на массовые перевозки, поэтому многие столкнулись с новыми препятствиями в свободном перемещении. Только в одних США более 25 миллионов людей имеют нарушения здоровья, ограничивающие возможность передвижения — примерно одна шестая часть рабочей силы. Считается, что БПА не только предоставят возможность автомобильных поездок тем, кто физически неспособен водить, но и откроют новые возможности для очень пожилых, очень молодых и тех, кто не может позволить себе собственную машину. Если люди с ограничениями сойдут с обочины жизни и присоединятся к трудовым ресурсам, если пожилые граждане получат удобный доступ к медицинскому обслуживанию, и если у детей появится более широкий выбор образовательных и развивающих услуг, то социальные и экономические преимущества этого окажутся огромными.

Вы спросите: когда же настанет эта утопия? Сегодня БПА для нас по-прежнему в новинку. Несмотря на все трудности, опасности и заботы вождения, мы пока остаёмся наиболее экономически эффективной «технологией» для выполнения этой задачи. Если к моменту прочтения этой статьи мы превзойдём даже самые безумные мечтания, то на шоссе, улицах и дорогах по всему миру всё равно будет меньше одного миллиона беспилотных автомобилей. Однако в течение следующего десятилетия количество БПА обречено на быстрый рост. К 2030 году общее количество умных легковых автомобилей, грузовиков и автобусов может дорасти до десятков миллионов. Они разделят дорогу примерно с двумя миллиардами управляемых людьми легковых и грузовых автомобилей (плюс-минус несколько сотен миллионов). Похоже, что даже тогда количество БПА будет примерно равно погрешности округления от общей массы автомобилей. Но революция настанет внезапно, с хирургической точностью и сокрушающей силой. Как сказал однажды автор киберпанковских книг Уильям Гибсон: «Будущее уже наступило. Просто оно еще неравномерно распределено».

Пилотные модели БПА Uber, демонстрируемые на Uber Advanced Technologies Center 13 сентября 2016 года в Питсбурге, штат Пенсильвания.

Первые изменения, которые мы заметим, произойдут в сфере такси. Большинство аналитиков рынка согласно с тем, что к 2030 году все такси в индустриализованных странах будут автоматизированы. В США это составляет 300 тысяч автомобилей. Если прибавить все Uber и Lyft, то в сумме это составит примерно 1 миллион. Едущие из аэропортов и с курортов в наши любимые пригороды машины без водителей могут на целое поколение стать лицом автоматизации, а также стартом беспилотных перемещений миллиардов пассажиров ежегодно. Появление такси без водителей способно радикальным образом изменить восприятие автомобилей в глазах потребителей. Когда компьютеризированные шофёры находятся всего на расстоянии одного касания экрана, люди могут решить полностью отказаться от владения автомобилями. Если этот сдвиг в сознании станет массовым, то для перемещения того же количества людей потребуется гораздо меньшее количество автомобилей, чем сейчас имеется частных машин.

Но эта идиллия может и не настать. Автоматизация также сделает более полезными частные автомобили, а программное обеспечение радикально снизит бремя владения ими. Задумайтесь об этом на минуту. Автоматизированные машины будут способны не только на вождение — они смогут сами парковаться, ездить в гараж за топливом и ремонтом, а также оплачивать собственные страховые счета (вашими деньгами, конечно). Вполне вероятно, что мы просто заменим свои «глупые» машины на умные, и продолжим ездить, как раньше.

В длительной перспективе мы, скорее всего, получим нечто смешанное. К 2040 году, даже если инициативу захватят БПА общего пользования, а продажи новых легковушек упадут на 50 процентов (действительно крупное изменение), то автопроизводители всё равно будут изготавливать по всему миру примерно 30 миллионов самодвижущихся машин. Половина из них окажется в Китае, ещё одна четверть в США, а остальные распределятся по ЕС, Японии и новым рынкам. Но даже если бизнес производства легковых автомобилей уменьшится, то будет расти бизнес пользования легковыми автомобилями, а также фургонами, скутерами и всем, что может двигаться. То, что останется от современного международного рынка производства автомобилей объёмом 2 триллиона долларов, будет поглощено гораздо более крупным рынком «услуг персональных перевозок», который по прогнозам вырастет к середине века с семи до десяти триллионов долларов — примерно до размера всей современной экономики ЕС. Только одна Waymo хочет захватить к 2030 году ежегодную долю в 1,7 триллиона. Однако Uber, Amazon и Alibaba, не говоря уже о Ford, GM и VW, не оставят этот новый рынок без боя. У них есть собственные проекты в бизнесах услуг беспилотного будущего.

Поэтому хотя беспилотная революция началась с тонкой струйки, очень скоро этот медленный ручеёк перерастёт в бурный поток. Примерно к 2050 году большинства управляемых людьми легковых автомобилей уже не будет. Их заменит менее масштабный, зато более умный флот автономного транспорта всевозможных форм и размеров. Некоторые из автомобилей будут частными, другие в общественном пользовании. Некоторые смогут перемещать одного человека, другие примут от сотни и больше. Многие вообще никого не будут возить, а займут себя перевозками непрекращающегося потока еды, возникшего благодаря триумфу онлайн-шоппинга. Некоторые будут помогать нам, просто наблюдая за нашим городским миром или регулируя движение. В целом, можно сказать, что разнообразный флот БПА будет проходить гораздо больше миль, чем машины сегодня.

Мне хотелось бы сказать, что беспилотная революция повторит историю 20-го века с машинами, только в большем, управляемом компьютером масштабе. Но ничто в нашем прошлом не сможет подготовить нас к тому, что ждёт впереди. Темп движущихся на всех парах изменений ошеломит нас. В США полная моторизация заняла около 60 лет — примерно с 1920 года, когда в городах начали появляться большие количества автомобилей, до 1980-го, когда территории городов начали задыхаться от них. Следующие 40 лет, с 1980-го по 2020-й, были периодом насыщения.

Среднее число часов, проводимых едущими на работу в трафике, почти утроилось, а экономические потери от пробок возросли в десять раз, до 166 миллиардов долларов ежегодно. Бо́льшую часть этого времени мы потратили на поиск путей снижения использования автомобилями и инвестиции в альтернативы.

Однако автоматизация может возыметь свой эффект всего за 20-30 лет — на протяжении одного поколения. Если наша история существования с автомобилями и научила нас чему-нибудь, так это тому, что беспилотная революция будет не такой, какой мы её себе представляем.

Источник