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无人驾驶传奇

一个姗姗学步的技术,如何能够成功走入商业市场。军方、企业齐发力。

本文由知识自动化(zhishipai)授权转载

无人驾驶的主题,来源已久。寻求机器的自动化操作,一直是人类与机器互动的主题。20世纪初,自人类掌握无线电遥控技术后,无人驾驶的概念开始出现在历史长河中,例如1917年英国制造了首架无人驾驶飞机,1925年在美国曼哈顿出现了首台遥控驾驶汽车。1990年前后,德国联邦国防军大学利用视觉分析技术,自动驾驶车辆最高时速达到了96公里。然而受限于传感器、集成电路、算法等,自动驾驶汽车研发并没有取得突破性进展。

一直在这条道路尝试的美国国防高级研究计划局(DARPA),在投入巨资未果之后,借助于民间大赛,终于花开正果。

军方搞不定

美国DARPA是美国国防部直接领导的科技创新机构,不属于任何军种,拥有“疯狂科学家大本营”等多种称号,以“不着边际”的构想而闻名。它研发的GPS、互联网、夜鹰隐身飞机和全球鹰无人机等不仅改变了军队的作战方式,也深刻影响了当今的社会形态。

而在无人驾驶领域,DARPA早早起步。早在1966年,DARPA便开始通过资助斯坦福研究所发展自动驾驶汽车,持续四十年投资至少超过20亿美元。1983年,DARPA启动了名为“战略计算倡议”的计算机研究计划,研究内容之一是“自主陆地车辆”(ALV)项目:这是第一个用于军用目的地面无人系统技术研究项目。

1990年,DARPA实施了DEMO 2和3无人地面车项目,其中DEMO 2的目标是实现越野条件下点对点的自动驾驶,采用著名“悍马”汽车作为验证载体。在装备了立体黑白摄像机、彩色摄像机、前视红外雷达后,在地面铺装路面最高速度达到70公里。DEMO 3项目则研发了专用的无人地面验证车辆。车重1.5吨左右,全时四驱,配装了77GHz雷达等,在野外环境下最高时速35公里。2001财年,DEMO 3项目从DARPA转化到陆军,从此便无消息。

随着2001年入侵阿富汗,美军进入了十余年的反恐战争时期。作战过程中,对手往往会使用相对简陋的路边炸弹、RPG火箭筒打击美军地面运输车辆,造成了美军大量死伤,这导致了对无人驾驶车辆的巨大需求。二十世纪初,国会甚至对军方有一个期望:到2015年的时候,三分之一的军车要实现自动驾驶 。

然而无人驾驶的项目,一直陷于停滞不前的局面,DARPA陷入了尴尬的局面。

大赛出奇兵

2001年前,DARPA正经历着无人驾驶无法突破的苦恼。在国防军事工业一体化下,大量经费都给了国防科技工业界。但要在美国国防部体制内完成无人驾驶技术的突破,似乎是漫漫长路看不到边。

时任局长的特瑟一定是感受到这种了这种绝望。特瑟决定另辟蹊径,跳出军方体制,选择了向社会民间开放,开展无人地面车大奖赛,呼唤那些天马行空的教授和研发经费充足的民营企业。

2004年3月,DARPA举办了全球首届面向真实越野环境的长距离自动驾驶汽车挑战赛,要求十小时内自动行驶228公里,第一名将获得100万美元奖金。民间给与了积极的回应,报名热情远远超出DARPA的期望,100多个候选者纷纷报名。有些个人为了参加比赛甚至抵押房产。

然而,群情高涨,却带来意外的失落。在3月13日的决赛中,没有一辆汽车跑完全程,行驶距离最长的卡内基•梅隆大学的“沙漠风暴”也只开出区区不到12公里就冲出马路陷入泥潭。万般无奈,搭车同行的局长只能爬下车辆,乘坐直升机飞到终点,告诉翘首以盼的记者:比赛结束,大赛失败。

局长并没有灰心,反而下了更大的赌注。在失败的终点线上,他宣布来年继续,2005年比赛金额将提升到200万美元。

在高额奖金的诱惑下,2005年大赛,DARPA收到了将近200份报名表,最终有20辆汽车进入决赛。决赛中,并不被外界看好的斯坦福大学团队的“斯坦利”汽车在德国人特龙教授的带领下以接近7小时的成绩折桂。如此好的成绩,令国防部和整个业界都为止沸腾。

但是,第二名除外。屈居第二的卡内基•梅隆大学并不高兴。志在必得的卡内基梅隆大学团队的负责人惠特克万分沮丧。几十年来他都是全美屈指可数、头戴光环的机器人领头羊,他曾经参与的Navlab项目是美国第一批探索自动驾驶汽车的机器人专家。作为美国计算机技术领域翘楚,为了参加比赛,该校所耗经费早已经高于200万美元。更重要的是,特龙教授是刚刚从他手下,“叛逃”到斯坦福大学 。对这位大专家而言,要想解决私人情愫的恩怨,“报仇雪恨”还需要继续等待。

从历史的眼光来看,2005年的比赛,自动驾驶技术已经到达了一个惊人的临界点。尽管头一年全军覆没,但这年则有五辆车通过终点线。一年之内,自动驾驶汽车技术,取得了井喷式的发展。其实在2004年,无论是算法还是传感器相对大奖赛都已经比较成熟,只是大家没有在真实环境中行驶的经验。经过一年的总结和技术的发展,第二年的比赛适逢其时,彻底改变了之前无人驾驶的僵局。

企业接棒

过了两年,DARPA为自动驾驶汽车,再烧一把火,举办了2007年城市挑战赛。不同于前两次比赛主要面向越野环境,汽车在城市环境中将面临更加动态和复杂的环境,对车辆的自主能力提出了更加苛刻的要求。由于这种环境也是民用自动驾驶汽车主要工作的环境,因此吸引了更为广泛的关注,谷歌、微软和苹果等高科技公司也纷纷到场参观。这届比赛要求在模拟的城市环境中行驶96公里,车辆需要遵守加州交规、能够在无GPS情况下行驶、能够在雨雪环境中行驶,而且需要避免与其他车辆、行人、电线杆等发生碰撞等。

这次比赛,不仅仅赛车是关注的焦点,个人英雄主义的较量同样耐人寻味。卡内基•梅隆大学与通用汽车的雪佛兰团队合作获得第一,而斯坦福大学和大众团队获得第二,弗吉尼亚理工大学和福特团队获得第三,赢得100万美元奖金。惠特克教授终于如愿以偿,一雪“前恨”。这种顶级大学的顶级教授之间的较劲与争抢,大大促进了技术的发展。

这样的比赛,充分调动了大学与产业界的积极性。这正是DARPA局长的期望。大学加传统民用车厂,是参赛团队的主要构成方式。2005年冠军“斯坦利”是由斯坦福大学和大众集团联合研制的。大学和车厂和取所长,大学擅长信息化技术,设计算法和控制方案,采购传感器;而车厂则提供车辆并把传感器、计算机等与发动机、刹车、变速器等部件相融合。2005的胜利,对大众汽车而言,是一次绝妙的广告机会。实际上,除了大众,克莱斯勒、通用和讴歌等均与学术界合作参与了DARPA大奖赛。

通过大奖赛调动全社会热情,培养自动驾驶汽车产业,DARPA可谓棋高一着。DARPA每年科研经费30亿美元左右,项目200上下,平均每个项目1500万元。如果是制造原型机的项目,每个项目都要上亿美元。而大奖赛项目不但只有几百万美元,还可以调动全社会共同参与,全面搜集自动驾驶汽车领域的先进技术。

城市挑战赛结束后,DARPA局长表示:以后不会再有比赛了,DARPA的使命已经完成,接下来就要看资本的力量了。

是的,谷歌的人已经带着钱来了。

续燃战火

热闹一直有,门道看不同。谷歌公司的创始人拉里•佩奇一直对DARPA的大奖赛兴趣甚浓,2005年就带着鸭舌帽在现场“偷偷”观看比赛,考察参赛的各路好手。这场偷看,佩奇有了一个重大的收获。他发现了一个超级人才:第二次大奖赛的冠军获得者、斯坦福教授特龙。这位德国人生于1967年,从小就对汽车非常感兴趣并自己编写了赛车的电脑程序。

特龙也在关注无人驾驶大赛,2004年第一届DARPA挑战赛各路好手纷纷落马,让特龙迅速找回了小时候编写赛车程序的感觉。特龙出乎意料地力压卡内基梅隆大学的团队,获得了第二届比赛的冠军,赢得了200万美元。自动汽车驾驶的最核心技能之一,就是导航:而这正是特龙的专长。在两个顶级大学中,特龙都参与了地图构建技术的研究,这正起源于上个世纪60年代斯坦福研究所:这个技术正是工程师为首批移动机器人所准备的。特龙把它娴熟地应用在自动驾驶汽车上面。

特龙的技术才华和组织能力让现场观摩的佩奇眼前一亮,并在2005年比赛之后把特龙挖到了谷歌,利用自动驾驶车辆的传感器技术启动了谷歌街景项目。它在众目睽睽之下,以谷歌地图和街景项目,隐藏了一个惊天的秘密:发展无人驾驶!

这期间,无数细节的准备和技术磨合。DARPA城市挑战赛之后的2009年,在自动驾驶事业和谷歌丰厚工资的吸引下,众多参赛选手纷纷加入谷歌,围绕特龙启动成立了自动驾驶汽车项目,形成了自动驾驶汽车领域的种子人才。

项目成立后,谷歌对特龙团队提出了苛刻的要求,即在2年之内在加州最复杂10个道路各行驶160公里。经费保障自然十分充足。2011年,特龙团队提前3个月完成了要求。2012年5月,内华达州向谷歌公司颁发了美国历史上首个自动驾驶汽车许可证。6月,谷歌拥有了6辆丰田普锐斯、奥迪和3辆雷克萨斯的自动驾驶测试车队,并在2014年推出了FireFly自动驾驶原型车,这辆车已经不再有方向盘和油门刹车了。

蒲公英传奇

前面提到,第二次DARPA大奖赛,已经预示了自动驾驶汽车将拉开快速商业化发展的大幕。到了挑战赛结束后3年,谷歌普锐斯已经远远超过DARPA挑战赛的用车。它复制了很多DARPA原始技术,并且精心打磨。谷歌固然是巨人,但它是踩在巨人肩膀上的巨人:这是美国军民转化的内生逻辑。

虽然谷歌自动驾驶汽车研制业界领先,但也暗藏风雨。这只由年轻技术天才组建的团队中,有些人因为理念不合,有些人因为一夜暴富,有些人想自己成立公司,纷纷选择离开谷歌单干。这些人的离开,像蒲公英的种子,散落在各地继续从事自动驾驶业务,创造了自动驾驶汽车的繁荣盛景。

2016年,特龙团队彻底解散。离开谷歌后,特龙成立了大名鼎鼎的慕课在线教育网站Udacity,后来成立了小鹰无人机公司。

只要有合适的天气,天下到处都是蒲公英的种子,如同当年硅谷起始的传奇一样。从发明二极管的斯坦福大学教授肖克利出走的“八大叛逆”弟子,一举奠定了硅谷今日的局面。技术一旦破局,商业化则势不可挡。当年大发雷霆的肖克利,最终还是认可了仙童这些徒弟们的成就。而丢失了这么多技术怪才的谷歌,同样可以进入全新轨道。

技术创新的挡位切换已经完成,职业化经理将接棒科学界疯子。谷歌围绕自动驾驶汽车成立的Waymo公司,聘请了拥有丰富汽车管理经验的前现代北美公司CEO入主CEO,一路高歌猛进。2017年,由克莱斯勒改装的L4等级的Waymo无人驾驶汽车在道路上开展测试;2018年5月启动了全美第一个自动驾驶车辆叫车商业服务Waymo one,12月开始进行自动驾驶汽车叫车服务试点工作,成为第一家开始实现营收的自动驾驶企业。

这期间,出现了Aurora和ArgoAI等众多专攻自动驾驶汽车的公司,特斯拉和优步等非传统车厂也投入了巨额资金进行研发,而通用汽车、宝马等传统车厂也纷纷宣布将在2020年代出推出各自的自动驾驶汽车。而思科、博世、英伟达等公司则正在研究激光传感器等自动驾驶汽车部件等级的技术,力求使这种新型汽车更便宜、更安全。

天下大局,豁然开朗。

而DARPA早已不再关心无人驾驶的问题了,问题已经解决,它正在启动全新的极限挑战。

小记

无人汽车驾驶的发展,是一场令人眼花缭乱、剧情完整的创新简史。从军方研发,到最终的商业化,场面交代清楚,技术交接娴熟,一气呵成。这其中,呈现了一个群星闪烁的时刻,充满了个人英雄主义的写真:视野开阔的美国军方项目负责人、逞强好胜的大学教授和果断创新的公司头羊,给人印象深刻。

一个姗姗学步的技术,如何能够成功走入商业市场。既有军方的蓝色天使般的先期投入,中间有大学院所的技术续航,后有商业巨头的适时介入。自动驾驶的技术,从军方开始,几经接棒,最后慷慨流入民用市场,成为闪耀的商业标志。

作者简介袁 成:航空工业信息中心 副研究员

林雪萍:南山工业书院发起人,北京联讯动力咨询公司

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