Một Sử Ký Miệng về Thách Thức Lớn của Darpa, Cuộc Đua Robot Khó Khăn Đánh Dấu Sự Khởi Đầu của Xe Tự Lái

Vào ngày 13 tháng 3, 2004, một nhóm kỹ sư và vài nghìn khán giả tập trung ngoài một quán bar ở California để xem 15 chiếc xe tự lái chạy nhanh qua Sa mạc Mojave trong Thách thức lớn đầu tiên do Darpa tổ chức. (Đó là Cơ quan Nghiên cứu và Phát triển Nâng cao Quốc phòng, chi nhánh công việc bí mật của Quân đội Mỹ.) Trước khi cuộc đua bắt đầu, đánh dấu bước đẩy lớn đầu tiên về một phương tiện tự động hoàn toàn, khu vực xung quanh quán bar nổi lên với những kỹ sư đổ mồ hôi, căng thẳng, thiếu ngủ, đang tận tụy sửa chữa những chiếc xe 'Frankencars' không người lái của họ: SUV, xe đua cát, xe tải quá khổ, thậm chí cả một chiếc mô tô. Sau cuộc đua, họ để lại một nghĩa trang xe đầy những cột hàng rào bị vỡ, đám dây thép gai, và ít nhất một chiếc bình chữa cháy trống rỗng.

Những điều xảy ra giữa thời gian - sự bứt phá ra khỏi cổng xuất phát, đường zigzag qua địa hình đá, những vụ tai nạn nhiều lần - không chỉ là dấu hiệu về khả năng và giới hạn tiềm năng của phương tiện tự động mà các công ty ô tô và công ty công nghệ đang phải đối mặt và mà người tiêu dùng sẽ trải qua trong những năm sắp tới khi xe không người lái đổ bộ lên đường. Nó tạo ra cộng đồng lái xe tự động như chúng ta biết đến ngày nay, những người đàn ông và phụ nữ trong những chiếc áo polo quá to, họ sẽ tiếp tục chiếm ưu thế trong cuộc cách mạng ô tô.

I. Thách Thức

Năm 2001, mong muốn giữ binh sĩ khỏi nguy hiểm ở khu vực chiến đấu, Quốc hội Hoa Kỳ đòi hỏi rằng một phần ba các phương tiện chiến đấu trên mặt đất của quân đội phải không có người lái vào năm 2015. Nhưng các ông lớn trong ngành công nghiệp quốc phòng không đổi mới đủ nhanh trong các công nghệ cảm biến và tính toán để hỗ trợ lái xe tự động. Vì vậy, vào tháng 2 năm 2003, Tony Tether, giám đốc của Darpa, công bố một cuộc đua 142 dặm cho các xe tự động, mở cho bất kỳ ai, với giải thưởng 1 triệu đô la cho người hoàn thành đường đua nhanh nhất. Tether tổ chức một sự kiện khởi động tại Bảo tàng Ô tô Petersen ở Los Angeles cho những người đua muốn tham gia.

TONY TETHER (Darpa): Tôi nghĩ, “Chết tiệt, có lẽ chúng ta sẽ có năm hoặc mười người xuất hiện.”

JOSE NEGRON (Darpa): Các nhà thầu quốc phòng mà Darpa đã làm việc với, họ bị mắc kẹt trong một tư duy đồng bộ. Họ suy nghĩ từng bước, theo hướng tiến hóa, và họ không tiến triển. Vì vậy, chúng tôi cần một phương pháp cách mạng, một bước nhảy vọt, và tôi luôn nói với Tony sẽ có hàng trăm người muốn tham gia, những người không làm kinh doanh với Bộ Quốc phòng. Những người làm việc vào buổi tối, trong gara và phòng ngủ của họ, vì họ yêu thích công việc của mình. Với họ, thất bại là chấp nhận được miễn là họ học được điều gì đó. Nhưng anh ấy không tin cho đến khi anh ấy đến Petersen để khởi động.

TETHER: Chúng tôi sẽ mở cửa lúc 9 giờ sáng, và đến khi tôi đến lúc 8:30, có một đoàn người đứng thành hàng bốn hàng ngang đi xuyên suốt khối. Đó chỉ là những người bình thường mơ ước về việc có một chiếc xe không người lái.

NEGRON: Tôi nói với họ đây sẽ là một thách thức 142 dặm, trong sa mạc. Bạn sẽ phải đi qua các đoạn đèo, lên xuống, đường đi hẹp chỉ 10 feet, và xe sẽ phải cảm nhận đường đi. Họ có một năm để nghĩ ra cách giải quyết. Một người hỏi, “Tại sao bạn làm cuộc đua khó như vậy?” Tôi nói, “Đó là điều làm nên Thách thức Lớn.”

TETHER: Trước tất cả điều này, các chương trình lái xe tự động của Darpa đều đang cố giảm thiểu sự can thiệp của con người. Đó là tiêu chí sai. Chúng tôi đang cố gắng để con người không bao giờ phải tham gia vào đó.

JOSEPH BEBEL (Đội Palos Verdes High School): Mẹ tôi là một kỹ sư và nghe về thách thức. Tôi đang tìm kiếm những điều mới mẻ và thú vị để làm việc, vì vậy chúng tôi mang thách thức đến trường trung học của tôi như một dự án ngoại khóa.

DAVID HALL (Đội DAD—Digital Auto Drive): Chúng tôi đang xuất hiện trên BattleBots và Robot Wars vào thời điểm đó, chủ yếu là một cơ hội quảng cáo cho loa Velodyne của chúng tôi. Sau đó, khi sự kiện Darpa này xuất hiện, chúng tôi nhảy vào đó như một cơ hội để thể hiện một số kỹ năng máy tính và làm một điều gì đó vui vẻ.

MELANIE DUMAS (Đội Đua Axion): Khi chúng tôi đến sự kiện Petersen, chúng tôi tìm thấy một nhà đầu tư thiên thần đã cho chúng tôi một ít vốn khởi đầu. Chúng tôi đặt tên chiếc xe của mình là Tinh thần của Kosrae, theo tên của hòn đảo ở Micronesia từ đó nhà đầu tư của chúng tôi nhập khẩu nước đóng chai để bán.

JIM MCBRIDE (Kỹ sư Ford): Lúc đó, tôi đang làm việc về an toàn ô tô tại Ford, và khi tôi nghe về cuộc đua, tôi tự nguyện làm việc ở đó để xem cảm biến từ xa đã tiến triển như thế nào và xem có gì có thể chuyển giao vào chương trình an toàn của Ford không. Nhưng hầu hết mọi người nghĩ rằng ý niệm về một chiếc xe tự lái là điều vớ vẩn.

SAL FISH (Nhà Thiết kế Đường Đua): Tôi nhận được một cuộc gọi điện thoại từ một người nói, “Tôi là của Darpa, và chúng tôi đang tổ chức một sự kiện với các phương tiện tự động. Bạn có thể giúp chúng tôi tạo một đường đua không?” Tôi đã tạo ra đường đua. Nó có đá, cua trái, cua phải, sườn, rãnh sâu, cây xương rồng xung quanh nơi đó. Một bên là vách đá và sau đó 5 dặm là một bên vách đá khác. Rào dây thép gai, động vật có thể xuất hiện từ bất cứ đâu, đường ray tàu. Mọi thứ mọi thứ mà một phương tiện sẽ phải đối mặt khi đi qua sa mạc.

NEGRON: Tôi thuê những nhà vô địch đường mòn để lái xe trên con đường. Tất cả họ đều nói, “Đây thật khó, ngay cả đối với chúng tôi.”

TETHER: Chúng tôi nhận được 106 đơn đăng ký từ các đội. Chúng tôi bắt họ viết bài nghiên cứu kỹ thuật, giải thích những gì họ sẽ làm. Để giảm số lượng, chúng tôi sẽ đến thăm họ. Vợ một người đàn ông đến cửa và hỏi, “Các anh là những người khiến chồng tôi cố gắng thế chấp ngôi nhà này để xây chiếc xe ô tô của mình phải không?”

BEBEL: Bản chất cơ bản của thách thức là, đi theo đường đua họ thiết kế bằng cách sử dụng GPS và cảm biến để tránh vật cản. Chúng tôi muốn xây dựng một cái gì đó có thể hoàn thành cuộc đua, ít nhất là lý thuyết. Chiếc xe của chúng tôi là một chiếc SUV Acura khá tiêu chuẩn với một cảm biến đo khoảng cách bằng laser ở phía trước. Laser tạo ra một hình ảnh một chiều của đường phía trước bạn - nếu có vật cản, nó có thể cho bạn biết nó ở đâu.

DUMAS: Chúng tôi có một chiếc Jeep Grand Cherokee, và chúng tôi cố gắng giữ cho nó trông càng bình thường càng tốt để mọi người không nghĩ rằng tính tự động là quá futuristic hoặc nằm ngoài tầm tay. Chúng tôi cũng đặt một vài cái ván lướt trên mái, chỉ để nổi bật. Chúng tôi chạy song song các thuật toán để hướng dẫn chiếc xe. Một cái nhận dữ liệu GPS, một cái nhận dữ liệu camera, một cái nhận dữ liệu đo khoảng cách bằng laser, và tất cả đều đưa vào một hệ thống bỏ phiếu, quyết định xe ở đâu và nó cần đi đâu.

ALBERTO BROGGi (Đội Terra­Max): Đội của chúng tôi chuyên sâu về thị giác máy, nên chúng tôi đặt ba camera trên đỉnh chiếc xe của mình - một chiếc xe tải quân sự màu xanh sáng, cùng với hai cảm biến lidar để phát hiện vật cản phía trước.

CHRIS URMSON (Đội Đỏ, Đại học Carnegie Mellon): Chúng tôi nhận ra rằng, với tốc độ chúng tôi cần phải lái để kịp thời gian cuộc đua, chiếc Humvee của chúng tôi sẽ không thể nhìn xa như vậy. Vì vậy, chúng tôi thu thập hình ảnh vệ tinh của khu vực. Bất kỳ tuyến đường nào Darpa cung cấp, chúng tôi sẽ sử dụng những bản đồ đó để tìm ra con đường tốt nhất, và chiếc Humvee của chúng tôi sẽ sử dụng cảm biến laser để nhìn thấy hình dạng của con đường.

TETHER: Anthony Levandowski ở đó, người được cho là đã lấy dữ liệu từ Google sang Uber. Anh ấy có một chiếc mô tô tự cân bằng. Nó đã làm rất tốt trong các vòng loại.

NEGRON: Levandowski nói rằng mô tô luôn thắng trong các cuộc đua ngoại ô vì tốc độ. Và đây là một sự kiện tốc độ. Chàng trai đó là một kỹ sư xuất sắc. Hiện anh ấy gặp một số vấn đề nhỏ. [Levandowski, người vừa bị sa thải khỏi vị trí trưởng nhóm lái xe tự động tại Uber, từ chối bình luận cho câu chuyện này.]

II. Cuộc Đua

Khi ngày đua đến gần, Darpa đã chọn 25 đội đã thể hiện tiến triển ấn tượng nhất và mời họ tham gia vòng loại tại California Speedway ở Fontana, nơi họ trải qua kiểm tra an toàn và kiểm tra kỹ thuật. Mười lăm đội thi đua đủ xuất sắc để tiến lên. Vào ngày 13 tháng 3 năm 2004, các đội họp tại Barstow, hai giờ về phía đông bắc Los Angeles, để bắt đầu hành trình 142 dặm qua Sa mạc Mojave của California, đến Primm, chỉ cách biên giới Nevada một chút.

FISH: Chúng tôi bắt đầu từ một quán rượu có tên Slash X. Một nơi giống như một quán bar ẩu dâm kiểu cao bồi.

RED WHITTAKER (Đội Đỏ, Đại học Carnegie Mellon): Đó là một buổi sáng sa mạc lạnh lẽo, và mọi thứ từ một chiếc mô tô đến một chiếc xe tải quân sự khổng lồ của Oshkosh đều xuất hiện.

FISH: Chúa ơi, những chiếc xe này giống như đến từ Mad Max.

HALL: Đó giống như ở Woodstock cho những người hâm mộ công nghệ.

NEGRON: Ý tưởng của Tony không phải là nói cho ai biết chúng tôi sẽ đi đâu cho đến hai giờ trước sự kiện, sau đó đưa cho họ một CD chứa tất cả các điểm đánh dấu đường đi.

TETHER: Nếu chúng tôi đã công bố tọa độ từ vài tuần trước, có thể ai đó đã đi ra ngoài và chạy qua đường đua. Nhưng theo cách này, họ phải chuẩn bị xe của họ cho mọi tình huống. Nó cũng thêm một chút huyền bí nữa.

WHITTAKER: Chúng tôi có một chiếc trailer, giống như một trung tâm điều khiển, và ngay sau khi nhận đĩa, chúng tôi bắt đầu công việc. Rất nhanh chóng, đội ngũ xe đang kiểm tra từ nhiên liệu đến động cơ đến điện tử, kiểm tra xem mọi thứ có hoạt động không.

HALL: Bạn lái xe đến đường xuống và nhảy ra khỏi nó và nhấn nút, và nó tự chạy đi. Đó là điều kỳ lạ nhất mà bạn từng thấy.

WHITTAKER: Xe của chúng tôi, Sandstorm, là chiếc xe đầu tiên xuất phát, vì vậy mọi thứ quan trọng chỉ là giữ vững vị trí đầu tiên.

TETHER: Tôi đang ngồi với một tướng bốn sao trong khán đài, và khi Sandstorm xuất phát, ông ta chỉ nói, “Chúa ơi.”

NEGRON: Sandstorm đang chạy với tốc độ 40 dặm mỗi giờ.

TETHER: Đó là một địa hình thực sự khó khăn. Phần đầu đường đua khá phẳng, sau đó họ phải đi lên một đồi cao, với rất nhiều đoạn đường quanh co.

NEGRON: Một số phương tiện đầu tiên ra khỏi mà không gặp sự cố nào. Phần sau của đội hình... gặp một số vấn đề.

DUMAS: Chiếc Jeep Cherokee của chúng tôi ra khỏi đường đua, và nó đã làm cú quay đầu tiên. Và sau đó, ở cú quay thứ hai, nó đã thực hiện một quay đầu và quay trở lại vạch xuất phát. Tôi nghĩ nó thấy cổng quá hẹp, và các cảm biến quyết định đưa xe trở lại nơi nó đến. Chúng tôi đã đi được 20 feet. Đó là một kết quả khá đau lòng.

TETHER: Chiếc xe hai bánh của Levandowski, anh ta quá phấn khích, anh ta quên ném công tắc cho chế độ ổn định và nó đổ ngay. Điều đó thật tiếc. Tôi nghĩ nó có cơ hội để nhanh hơn cả xe bốn bánh. Nhưng nó không đi được một bước. Một chiếc xe nhỏ khác lên một đám cỏ và lật ngược. Một chiếc khác gặp vấn đề với GPS - nó cố gắng đi qua hàng rào dây thép và bị mắc kẹt.

BEBEL: Chúng tôi đã gặp vấn đề với hệ thống lái trên chiếc Acura của chúng tôi, chúng tôi gọi nó là Doom Buggy, suốt vài tuần, và chúng tôi không thể kiểm tra sửa lỗi cuối cùng của mình trước cuộc đua. Nó thất bại, và Doom Buggy không thể quay. Các quan chức cuộc đua để nó chạy khoảng 50 yard cho đến khi nó đụng vào bức tường bê tông.

BROGGI: Chúng tôi tổ chức tất cả phần mềm của Oshkosh vào phút cuối, và nó không thể phân biệt giữa các loại vật cản khác nhau. Các máy quét laser của chúng tôi nhận diện một số bụi cây và quyết định nó là một chướng ngại vô thể di chuyển.

TETHER: Chiếc xe tải Oshkosh lùi lại, và nó nhìn thấy một bụi cây rơi vào phía sau. Vì vậy, nó chỉ đi qua lại. Mười bốn tấn, bị đánh bại bởi hai bụi cây rơi.

BROGGI: Chúng tôi không có cách nào để vượt qua nó. Gần một năm làm việc trên dự án và chúng tôi kết thúc trong vài phút.

SEBASTIAN THRUN (Người đứng đầu trước dự án xe tự lái của Google): Những chiếc xe này không thất bại vì chúng không bền bỉ đủ. Chúng thất bại vì chúng không thu thập đủ thông tin môi trường. Không có chiếc nào trong số chúng nhìn thấy bất cứ điều gì.

Khi chiếc cuối cùng trong số 15 chiếc rời khỏi cổng xuất phát, đất đai xung quanh quán bar Slash X trở thành một nghĩa địa robot. Tổ chức và những người theo dõi cuộc đua đặt hy vọng vào bốn chiếc xe vẫn còn chạy một giờ sau khi xuất phát, đặc biệt là chiếc pickup Velodyne của David Hall và Sandstorm của Carnegie Mellon, cuối cùng được nhìn thấy chạy nhanh qua đất đỏ và hướng tới thách thức chính của đường đua: một con đường uốn lượn lên và qua một đồi dốc gọi là Đỉnh Daggett.

HALL: Có một đồi bạn phải vượt qua, ở dặm thứ bảy. Và nếu bạn vượt qua đồi đó, đường đi là hoàn toàn thẳng, phẳng hết đến đường đua.

FISH: Tôi nói, “Trời ơi, họ sẽ làm được.”

WHITTAKER: Điều quan trọng mà chúng tôi phải tránh trên đồi đó là đi lệch khỏi trung tâm. Nhưng một tuần trước vòng loại, chiếc Humvee của chúng tôi lật và làm hỏng cảm biến trên nóc. Điều này làm cho cảm biến nhìn về bên phải một chút, và lái xe về bên trái một chút.

TETHER: Sandstorm bị mắc kẹt.

WHITTAKER: Chúng tôi đi một chút quá xa lề, và đó là tất cả những gì cần. Lốp chỉ quay và quay cho đến khi nó cháy. Khói bốc lên từ nó. Các quan chức cuộc đua nhấn nút dừng khẩn cấp, và cuộc đua kết thúc đối với Sandstorm. Tôi nghĩ, “Ôi chết, nó là một con robot, tôi sẽ không cảm động về nó.” Tôi chỉ đảm bảo đội của mình ổn, và tôi nói rằng tôi đánh giá cao điều tuyệt vời mà họ vừa làm.

TETHER: Chúng tôi tạm dừng cuộc đua. Chiếc xe của David Hall cách đó khoảng nửa dặm, vẫn tiếp tục. Nhưng khi cuộc đua tạm dừng, nó lăn lên gần một tảng đá.

HALL: Nó ở đó một giờ hoặc hai trong khi họ cố gắng di chuyển Sandstorm. Chúng tôi quay lại lều của mình, đợi thông tin từ họ. Chúng tôi hoàn toàn không biết cái quỷ gì đang xảy ra.

TETHER: Chúng tôi làm sạch đường đua và khởi động lại chiếc xe của Hall.

HALL: Khi họ khởi động lại, nó không thể vượt qua tảng đá dưới lốp trước.

TETHER: Và đó là cuối cùng. Tôi lên trực thăng và bay đến Primm, nơi tất cả các đoàn làm phim truyền hình đang đợi xem các chiếc xe vượt qua đường đua. Đó là 11 giờ sáng, và họ hỏi, “Tình hình thế nào?” Tôi nói, “Thì nó kết thúc. Một chiếc xe đi được 7.4 dặm, nó bắt đầu hói, blah blah blah. Kết thúc rồi.” Một phóng viên hỏi, “Vậy bạn sẽ làm gì?” Tôi nói, “Chúng tôi sẽ làm lại, và lần này giải thưởng sẽ là 2 triệu đô la.” Nó quá thành công nhưng cũng quá thất bại, tôi phải làm lại.

TETHER: Phần III: Hậu quả

Mặc dù cuộc đua đầu tiên gặp phải những thất bại ngớ ngẩn, hầu hết các người tham gia—và nhiều người hâm mộ—nhìn thấy những cơ hội giống như Tether khi ông thông báo về cuộc đua tiếp theo.

TETHER: Tôi thất vọng, nhưng đó là một điều ngoạn mục, và những người liên quan hiểu rõ—điều này chưa bao giờ xảy ra trước đây.

THRUN: Không có điều gì trong lĩnh vực xe tự lái ngày nay có thể xảy ra nếu không có thách thức ban đầu—nó tạo ra một cộng đồng mới. Họ đều là người mới, và sự đổi mới không đến từ lõi của lĩnh vực mà là từ bên ngoài. Thông thạo thường là những người biểu diễn kém nhất, vì họ hoàn toàn bị ràng buộc bởi cách tư duy của mình. Rất ít người làm về xe tự lái biết gì về máy học vào thời điểm đó, ví dụ như phát triển lidar Velodyne của David Hall đã được kích thích bởi Grand Challenge.

HALL: Tại thách thức đầu tiên, các cảm biến đều không đáng tin cậy—chúng sẽ làm cho phương tiện dừng lại hoặc lạc khỏi quỹ đạo. Vì vậy, một năm sau Grand Challenge đầu tiên, tôi bắt đầu làm việc để phát triển một cảm biến lidar mới, với một đám tia laser cho tôi cái nhìn 360 độ, 3D. Darpa thuyết phục tôi xây dựng những cảm biến này và bán chúng cho các đội khác trong cuộc thi thách thức thứ ba.

THRUN: Khoảng năm 2008, Larry Page thuyết phục tôi xây dựng đội xe tự lái của Google. Tôi gặp những người xuất sắc nhất trong lĩnh vực từ các thách thức Darpa. Tôi thuê Chris Urmson và Anthony Levandowski.

URMSON: Có một tinh thần đồng đội tuyệt vời, và cộng đồng đó đã nuôi dưỡng những người đang dẫn đầu nhiều công nghệ ngày nay.

TETHER: Và tất cả điều đó đến từ việc vào năm 2004, một số người điên đã quyết định tổ chức một thách thức.

người kể lịch sử bằng lời nói, trước và nay

Tony Tether

Trước đây: Giám đốc Darpa (2001–2009)

Bây giờ: Tư vấn kỹ thuật tư nhân

David Hall

Trước đây: Giám đốc điều hành của Velodyne, một công ty loa toàn dải

Bây giờ: Giám đốc điều hành của Velodyne, hiện đang sản xuất cảm biến laser lidar

Sal Fish

Trước đây: Giám đốc điều hành của Score International, tổ chức các cuộc đua qua sa mạc như Baja 1000

Bây giờ: Hưu trí

Red Whittaker

Trước đây: Nghiên cứu viên robot tại Đại học Carnegie Mellon

Bây giờ: Vẫn như vậy

Jose Negron

Trước đây: Quản lý hàng ngày của Darpa cho Grand Challenge

Bây giờ: Tư vấn chiến tranh mạng

Melanie Dumas

Trước đây: Kỹ sư nhận diện giọng nói

Bây giờ: Quản lý chương trình trong đội an ninh của Google

Alberto Broggi

Trước đây: Dẫn đầu đội TerraMax

Bây giờ: Giám đốc điều hành của VisLab, một nhà phát triển thị giác máy tính

Sebastian Thrun

Trước đây: Nghiên cứu máy học tại Stanford

Bây giờ: Giám đốc của trường đại học trực tuyến Udacity

Joseph Bebel

Trước đây: Học sinh tại Trường Trung học Palos Verdes

Bây giờ: Sinh viên nghiên cứu tiến sĩ ngành khoa học máy tính tại USC

Jim McBride

Trước đây: Kỹ sư trong bộ phận an toàn của Ford

Bây giờ: Chuyên gia xe tự động tại Ford

Chris Urmson

Trước đây: Sinh viên ngành robot tại Carnegie Mellon

Bây giờ: Giám đốc Aurora Innovation, một công ty khởi nghiệp tự động hóa

Alex Davies (@adavies47) là biên tập viên cấp cao tại Mytour.

Bài viết này xuất hiện trong số tháng 8. Đăng ký ngay.