האם רובוטים מחליפים בהצלחה נהגים אנושיים?

תחרות “האתגר העירוני” של DARPA נערכת מדי שנה מאז 2004. בתחרות שהתקיימה בדצמבר 2007 כלי הרכב הרובוטיים השתפרו מהותית, ואף זיכו את מפתחיהם בפרסים של מיליוני דולרים

מאת: ישראל בנימיני, מגזין “גליליאו”

מכוניות רובוטיות נעות בעיר, לצד מכוניות שנוהגים בהן נהגים אנושיים. הן מצייתות לחוקי התנועה ומביאות את מטענן ונוסעיהן בביטחון ובנוחות ליעדיהם. זהו חזון שכבר ראינו בסרטי מדע בדיוני, אבל האם הוא רחוק מאוד מיכולותיה של הטכנולוגיה הקיימת כיום? מסתבר שלא.

ב-3 בנובמבר 2007 התקיים השלב הסופי של תחרות “האתגר העירוני” (Urban Challenge) בעיר ויקטורוויל (Victorville) שבקליפורניה. את התחרות הזאת (קישור בסוף הטור) ניהלה DARPA, הסוכנות לפרויקטי מחקר מתקדמים של ארצות-הברית, והיא השלישית בסדרה של תחרויות רכב רובוטי. בתחרות הראשונה, בשנת 2004, לא עמד שום רכב בדרישה לעבור מסלול של כ-400 ק”מ בין לוס אנג'לס ללאס וגאס בפחות מעשר שעות, בצורה עצמאית לחלוטין, בלא כל שליטה מרחוק.

בתחרות השנייה, שהתקיימה ב-2005, הצליחו כבר ארבעה כלי רכב (מתוך 23 שהתחילו את המסלול) לסיים את המסלול בזמן שנדרש. המסלול כלל כבישים, שבילי עפר, מעברים דרך שערים בגדרות, פניות חדות, מנהרות וקשיים אחרים. כלי רכב שסטו אף במעט מהמסלול היו עשויים להיתקל במכשולים או לשקוע בחול בלתי עביר. הקבוצה שהגיעה בזמן הקצר ביותר היתה זו של אוניברסיטת סטנפורד, והיא זכתה בפרס של שני מיליוני דולרים.

מעודדת מכך שבתחרות השנייה כל הקבוצות (פרט לאחת) הציגו הישגים טובים יותר מאשר הקבוצה הטובה ביותר בתחרות הראשונה, החליטה DARPA לתכנן אתגר קשה הרבה יותר: נסיעה בשטח עירוני. השטח לא היה עיר אמיתית, אלא אזור שהוכן במיוחד עבור התחרות בתוך בסיס נטוש של חיל האוויר האמריקני. בתוך שטח זה היה על כלי הרכב להשלים מסלול של כתשעים קילומטר בתוך שש שעות לכל היותר, למצוא מקומות חניה ולחנות, להימנע מפגיעה בצדי הדרך או בכלי רכב אחרים, ולציית לחוקי התנועה של קליפורניה.

שלוש קבוצות הצליחו לעמוד בכל הדרישות, ולכן נקבעה המנצחת לפי הזמן שנדרש להשלים את הנסיעה. שלושת הרובוטים הגיעו בהפרש של דקות בודדות זה מזה, אך מכיוון שהמכוניות התחילו בזמנים שונים, והיו גורמים נוספים שהשפיעו על הזמן המחושב, נאלצו הקבוצות לחכות עד למחרת לקבלת סיכומי השופטים. התוצאה הסופית: הרובוט ששמו בוס, של קבוצת Tartan Racing (קישור בסוף הטור), זכה במקום הראשון ובפרס של שני מיליוני דולרים.

התנגשות בהילוך אטי

לא כל הרובוטים הצליחו באותה מידה, ונרשמו גם טעויות ונסיעה לא-זהירה, כמו האירוע שנתאר להלן, שהתרחש כמה שעות לאחר תחילת המירוץ: הרובוט סקיינט (Skynet, כשמה של רשת המחשבים הרצחנית בסדרת סרטי “טרמינייטור”) נכנס למעגל תנועה בפנייה קצת חדה מדי, ועצר לאחר שכמעט פגע במעקה שבצד הדרך. לאחר המתנה קצרה, כאילו הרובוט עצר כדי לחשוב, הוא נסע אחורה, עצר, נע שוב קדימה, ושוב עצר.

באותו רגע הגיע רכב אחר – של MIT (המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס) – לאותו מעגל תנועה, הבחין בסקיינט העומד בצד הדרך, והחליט שאפשר לעקוף אותו – בדיוק כשסקיינט החליט שוב לנוע. ההתנגשות היתה במהירות נמוכה ולא גרמה לנזק.

המשגיחים האנושיים “הקפיאו” את שני הרובוטים בעזרת אמצעי השליטה מרחוק שנכללו בכל רובוט, ואז שלחו אותם להמשיך במשימותיהם – תחילה את סקיינט ואחר-כך את הרובוט של MIT, שלבסוף סיים את התחרות במקום הרביעי. הופיעו גם תקלות במערכות הנהיגה האוטונומית: אפילו בוס לא הצליח לצאת עם “יריית הפתיחה” של התחרות, כאשר הפרעות אלקטרוניות ממסך טלוויזיה ענקי חסמו את קליטת מערכת ה-GPS שלו.

הצלחותיו בשלבים מוקדמים יותר של התחרות העניקו לבוס את הזכות לצאת ראשון למירוץ, אבל התקלה גרמה לו לצאת עשירי, והוא איבד זמן נוסף כאשר “נתקע” מאחורי רובוטים אטיים יותר. מעניין לראות אם הרובוטים הבאים ילמדו לצפור במצב כזה.

למרות תקלה זו ודומות לה, ציין מנהל DARPA, ד”ר אנתוני טתר (Tether), כי רוב הרובוטים פעלו ונהגו נכון. זהו הישג חשוב עבור DARPA, שמטרתה לפתח יכולת צבאית של ביצוע משימות “מסוכנות, מלוכלכות או משעממות” על-ידי כלי רכב אוטונומיים. צבא המצטייד ביכולת כזו יגן טוב יותר על חייליו ויוכל להשתמש במשאביו ביעילות גבוהה יותר. בכך פועלת DARPA לפי צו של הקונגרס האמריקני משנת 2001, שדרש מהצבא האמריקני להגיע עד שנת 2015 למצב שבו שליש מכלי הרכב הקרקעיים הפעילים יהיו בלתי מאוישים.

לכלי רכב כאלה יש שימוש רב גם בשטח בנוי, כמו למשל במשימות אספקה. כידוע, לרכבים אוטונומיים יש גם פוטנציאל אזרחי רב. מצב זה אינו זר ל-DARPA, שפרויקטים קודמים שלה כבר תרמו ליצירת האינטרנט, מערכות הפעלה מודרניות וטכנולוגיות לבינה מלאכותית דוגמת הבנת דיבור.

אנטומיה של רכב אוטונומי

התוכנה של בוס מחולקת לשלושה תחומים עיקריים: תפישה (Perception), תכנון והתנהגות. מטרת התפישה היא לבנות “תמונת מצב” מפורטת ומדויקת ככל האפשר המתארת את מיקומו, כיוונו ומהירותו של הרובוט, כמו גם מידע דומה על מיקומם של עצמים אחרים (כלי רכב, גדרות וכו') ביחס אליו. חלק מעצמים אלה “צפויים”, כלומר ידועים מראש לרכב לפי מפת העיר שנטענה לזיכרון שלו, וחלק מהעצמים אינם צפויים: מכשולים ומחסומים חדשים בכביש, כלי רכב חונים, כלי רכב נעים בכביש וכו'.

כדי לאסוף מידע על העולם משתמש הרובוט בוס, כמו רוב הרובוטים האחרים שהשתתפו בתחרות, ביותר מתריסר חיישנים שונים: לייזרים, מכ”מים ומצלמות, וכמובן GPS המשמש לאיכּון הרכב. לכל אחד מהחיישנים יש “תחום התמחות” אחר. לדוגמה, חלקם משמשים לזיהוי עצמים קרובים, וחלקם מתאימים לזיהוי עצמים רחוקים יותר; אבל שילוב של כל החיישנים מאפשר לכסות על טעויות ותקלות, להשלים מידע ולשפר את הדיוק.

האתגר שבמערכת התפישה אינו מתמצה באיסוף מידע מהחיישנים: בעוד המצלמות, למשל, יכולות לדווח רק על העוצמה והצבע של האור בכל אחת ממיליוני הנקודות שבשדה הראייה שלהן, מטרת חלק זה של התוכנה היא לספק מידע כמו “הגדר מצד ימין היא במרחק 160 ס”מ מצדו הימני של הרכב, ומתקרבת בקצב של כ-10 ס”מ לשנייה; לפנינו רכב הנע באותו מסלול וכיוון, ואנו מתקרבים אליו במהירות יחסית של 10 קמ”ש; במרחק 130 מטר לפנינו נמצא מפגש עם כביש המתחבר משמאל, ומכביש זה מתקרב רכב לצומת במהירות 25 קמ”ש; רכב זה נמצא כרגע במרחק 70 מטר מהצומת”.

כדי להפיק מידע כזה מנקודות האור והצבע שעליהן מדווחת המצלמה, ומשילובן עם מידע מלייזרים, מכ”מים וכו', יש צורך בתוכנה מתקדמת, המשלבת יכולות בינה מלאכותית של עיבוד תמונה, זיהוי תבניות והסקה הסתברותית כדי למצוא את הפרשנות בעלת ההסתברות הגבוהה ביותר. יכולות אלה משתפרות במהירות בשנים האחרונות, והן בין הסיבות העיקריות להתקדמות שחלה מאז התחרות הראשונה ב-2004.

מערכת התכנון פועלת לפי הגדרת המשימה: היעד שעל הרכב להגיע אליו והפעולה, כמו למשל חניה, שיש לבצע בהגעה ליעד. על פי המיקום הנוכחי ומיקום היעד אפשר ליצור “תכנית פעולה”, שברמתה הגבוהה עשויה להיות דומה לתכנון המסלול שאפשר לקבל מכל תוכנת ניווט (“המשך ישר 200 מטר ואז פנה ימינה; בצומת השלישי פנה שמאלה והמשך עוד 830 מטר עד להגעה ליעד”).
שלא כמו תוכנות הניווט המוכרות, תכנית הפעולה של הרובוט גם מכתיבה פרטים נוספים, כמו מהירות עבור כל קטע נסיעה. מהירות זו נבחרת לפי חוקי הנהיגה של מדינת קליפורניה והמהירות המרבית המותרת בכל קטע, ולפי המידע הזמין על מצב הכביש והתנועה. ברמה הנמוכה יותר יש לכל פעולה כזאת תת-פעולות הנדרשות לצורך ביצועה, כמו זיהוי מרחוק של הצומת שבו יש לפנות, עצירה בקו העצירה וכו'.

מערכת ההתנהגות בוחרת פעולות בכל רגע לפי שילוב של המידע ממערכת התפישה עם תכנית הפעולה. אם יש להגיע עד הצומת, לעצור (לפי חוקי התנועה) ואז לפנות ימינה, מערכת ההתנהגות תחליט מתי להאט, תבדוק אם יש רכב המתקרב לצומת, ותחליט אם מותר ונכון להיכנס לצומת. התוכנה יכולה גם להתמודד עם התנהגות לא-צפויה של רכב אחר, כמו אי-עצירה בתמרור עצור או פנייה פתאומית. מהנדסי הקבוצה מכנים יכולת זו “נהיגה מתגוננת”.

רובוט, מי נתן לך רישיון?

קבוצת Tartan Racing, שבנתה את הרובוט בוס, נוצרה כשיתוף פעולה של אוניברסיטת קרנגי-מלון (Carnegie Mellon) מפיטסבורג עם יצרנית הרכב GMC ( קיצור של General Motors Corporation). הקבוצה קיבלה גם תמיכה מחברות נוספות, ובהן חברות היי-טק כמו גוגל, אינטל ו-HP, חברות כלי רכב כגון קטרפילר והחברה הישראלית מוביל-איי, המובילה בתחום טכנולוגיות עזרה לנהג המבוססות על ראייה ממוחשבת. גם הקבוצות המתחרות האחרות, שלפחות שתיים מהן עמדו בכל המשימות כמעט באותה מהירות, נקטו שיתופי פעולה דומים של ארגונים אקדמיים וחברות מסחריות.

קל לראות את הפוטנציאל הגדול של היכולות שהפגינו כלי הרכב שהשתתפו בתחרות, ולא רק עבור שדה הקרב העתידי. תוכנה יכולה להגיב מהר הרבה יותר מנהג אנושי, שנדרשות לו עשיריות שנייה יקרות כדי לזהות מצב מסוכן ועוד עשיריות שנייה כדי להחליט כיצד להגיב, וכדי לבצע את ההחלטה. תוכנה גם אינה מתעייפת או נרדמת, ויכולה לשלוף מרשת התקשורת מידע על מצב הדרך ועל תמרורים (גם אם נפלו או הוסתרו). כידוע, גם אם המחשב אינו מספיק אמין כדי לנהוג בעצמו, אפשר להתחיל בעזרה ממוחשבת לנהג. מכשירים כאלה זמינים כבר כיום בדגמים מסוימים של מכוניות חדשות, או להתקנה במכוניות קיימות.

מה עוד חסר כדי להביא “נהג אוטומטי” לשימוש המוני? התחרות של DARPA היא רק אחת ממגוון גדול של מחקרים ופיתוחים בכל העולם, שמטרתם היא לשפר את הפתרונות שכבר הוצגו, להוסיף יכולות ולהמשיך בניסויים כדי לגלות אם יש עוד אתגרים ובעיות שהניסויים לא נתקלו בהם עד עתה.

יש המתנגדים מאוד לפרויקט של DARPA ולשיתוף הפעולה האקדמי איתו, מכיוון שהם רואים סכנה ממשית בפיתוח רכבים צבאיים חסרי נהג. בין טענותיהם: אם האויב לא יוכל לתקוף חיילים בשדה הקרב, זה יהיה תמריץ בשבילו לתקוף אזרחים בדרכים טרוריסטיות; ומהצד האחר, היכולת לצאת לקרב בלי לסכן חיילים תאפשר למנהיגים להחליט בצורה פזיזה מדי על צעדים צבאיים, שבסופו של דבר יביאו לאבדן חיים רב בשני הצדדים.

ד”ר טתר, מנהל DARPA, אינו מסכים. הוא מרוצה מאוד מהתוצאות, ולדעתו הפיתוח כבר קרוב לנקודה שבה יועבר לגופים אחרים: “DARPA היא ארגון מעניין. אנחנו אף פעם לא מסיימים את העבודה. מה שאנחנו עושים הוא להראות שהדבר ניתן לביצוע. אנחנו מסלקים את התירוץ הטכנולוגי, עד לנקודה שבה אי-אפשר יותר לומר, 'זה רעיון מעניין מאוד, אבל אתה יודע שאי-אפשר לבצע אותו'.

אני חושב שהגענו קרוב לנקודה זו, והגיע הזמן שטכנולוגיה זו תקודם על ידי מישהו אחר”. אי אפשר להסיק מדברים אלה כי קרוב היום שבו ניסע כולנו במכוניות הנוהגות את עצמן, אבל בתחרות שתוארה כאן הוכח כי המגבלות הטכנולוגיות כבר אינן בגדר מחסום בלתי עביר. לכן יום זה, גם אם אינו ממש קרוב, הוא קרוב יותר ממה שהעזנו לדמיין.

ישראל בנימיני עובד בחברת ClickSoftware בפיתוח שיטות אופטימיזציה מתקדמות. הכתבה פורסמה במגזין גליליאו.