Джон Бентли
Автоутопия. Будущее машин

Мозг автомобиля

Конечно, все описанные датчики оказались бы бесполезны, не будь устройства, которое анализировало бы поступающую информацию. Для обработки огромного количества данных (причем быстрой) требуется очень мощный компьютер, по характеристикам заметно превосходящий тот, что стоит у вас дома. Даже современные автомобили вроде Waymo каждые полминуты генерируют информацию объемом до 150 гигабайт. Этого достаточно, чтобы заполнить жесткий диск большинства ноутбуков. В час производится 19 терабайт информации. Автомобили должны хранить эти огромные объемы данных на случай последующих рассмотрений из-за аварий или споров. Все это влияет на потребление энергии: прототип расходует 5000 ватт (примерно столько же требуется 40 обычным ПК). Такой уровень потребления заметно сокращает количество топлива или время работы батареи. Представьте, что для экономии заряда придется отключить автопилот и взять управление в свои руки, иначе до места назначения вы не доедете. Не очень-то похоже на прогресс.

Сейчас на разработку процессоров, которые соответствовали бы потребностям автономных машин, направлено много сил. В Google создали тензорные процессоры (Tensor Processing Units), которые предназначены специально для задач автопилота. В процессоре задействуется только та часть чипа, которая необходима для выполнения конкретной задачи. За счет этого увеличивается количество операций в секунду и уменьшается расход энергии. Тензорные процессоры подходят для машинного обучения разного рода, потому что могут одновременно выполнять множество задач по обработке, которым не требуется большая мощность.

Компания Nvidia, которая известна в первую очередь как производитель видеокарт для компьютеров, выпустила чип Xavier. Он способен выполнять 30 триллионов операций в секунду, что в 500 раз больше хорошего ноутбука, потребляя при этом всего 30 ватт. Эта разработка – удивительно мощное и эффективное устройство, которое представляет собой самую сложную систему на кристалле из когда-либо созданных. Она состоит из центрального процессора (8 ядер), графического процессора (512 ядер), ускорителей глубокого обучения и компьютерного зрения, а также процессора для обработки видео в разрешении 8K. «Мы перенесли суперкомпьютер из центра разработки данных в автомобиль», – заявил Дэнни Шапиро, который отвечает за развитие сегмента автомобильных систем в Nvidia. Но пройдет еще немало времени, прежде чем системы станут энергетически (и экономически) эффективными и выйдут в массовое производство. Кроме того, можно установить самый мощный компьютер в мире, но без правильного программного обеспечения он останется всего лишь дорогим черным ящиком.

Искусственный интеллект

Устройство приборов может показаться сложным, но программное обеспечение, которое сделает беспилотные автомобили привычным явлением, в сотни раз сложнее. Вероятно, на сегодня это самое серьезное испытание для искусственного интеллекта.

Идея заключается в том, что автомобиль получает крупицы информации со всех датчиков и объединяет их, чтобы определить, где он находится, что его окружает и как обстановка может измениться. На основе этого машина вырабатывает способ перемещения в пространстве. Все эти действия нужно выполнить за миллисекунды и не допустить ни единой ошибки.

В автомобилях используется глубокое обучение. Я чрезмерно упрощаю, но принцип действия технологии такой: бортовой компьютер превращает информацию с датчиков в огромную матрицу, которая содержит миллиарды битов данных в цифровой форме. Затем он ищет знакомые шаблоны в этой базе, чтобы выбрать правильный вариант поведения. Иногда это называют нейронной сетью. Когда шаблоны и необходимые варианты поведения определены, они переводятся в физическую форму: в действие приходят ускоритель, тормоза, руль или другие системы вроде фар и даже звукового сигнала.

Мощный интеллект

Автопилот будет не единственным проявлением интеллекта машин.

В автомобилях появится технология распознавания лиц, позаимствованная у смартфонов. С ее помощью можно будет открывать дверь и заводить машину. Еще одна функция прямиком из смартфона – голосовой помощник. Сири, Алекса и другие станут быстрее ставить музыку и точнее отвечать на неотложные вопросы. Владельцы электрокаров смогут выбирать звук, который издает их автомобиль (что-то вроде рингтона для машины). Компания BMW уже наняла Ханса Циммера, композитора фильма «Бегущий по лезвию 2049», чтобы тот написал приятную мелодию, которая предупреждала бы пешеходов о приближении практически беззвучной машины. Скоро автомобиль настолько поумнеет, что заменит курьера. Сервисы смогут открывать машину и оставлять там посылки (или даже чистую одежду из химчистки). Автопарковка появится гораздо раньше автопилота. Вызов машины за несколько метров с помощью приложения на смартфоне или параллельная парковка без помощи водителя быстро станет вчерашним днем. Вместо этого автомобиль сам заранее узнает о свободных местах и построит к ним маршрут для самостоятельной парковки. А после владелец сможет автоматически вызвать машину когда и куда угодно.

В автомобилях будущего будет решена проблема со звуком: в каждое кресло встроят устройства подавления шума и усиления голоса, что позволит спокойно общаться с попутчиками. Более того, салон машины станет просторнее и его можно будет изменять по своему вкусу, настраивая экраны, приборную панель и графику. Экраны дополненной реальности будут выводить подсказки GPS-навигатора и полезные указания прямо на лобовое стекло.

Если в двух словах, то автомобиль находит шаблон в базе данных и реагирует на него. Такую же технологию используют для прогнозирования многих ситуаций – от землетрясений до сердечных заболеваний. Со временем стало возможным анализировать результаты исследований на наличие раковых клеток, распознавать болезни глаз и повреждение мышц. Компьютер справляется с задачей быстрее и точнее врача. Эта же технология оказалась полезной при распознавании лиц (от этого в какой-то степени даже некомфортно). Были случаи, когда записывали биометрическую информацию посетителей концерта, решивших сделать фото в будке, или когда людей по ошибке задерживали за магазинное воровство просто из-за того, что их черты лица схожи с чертами преступников. Из-за этого распознавание лиц приобрело дурную славу. Эти ситуации показали, насколько глубокое обучение может не оправдать ожидания.

Распознавание шаблонов на дороге заметно сложнее, ведь нужно учитывать множество факторов в сжатые сроки. Разработка программного обеспечения, которое поможет реагировать на сигналы из окружающей среды, – крайне сложная задача. Наиболее очевидный способ научить автомобиль правильным действиям – так называемое поведенческое клонирование (источником информации выступает опытный водитель). На следующем этапе система практикуется и учится принимать решения самостоятельно, повышая свой уровень вождения. При этом процесс контролирует человек и вмешивается, если что-то идет не так (а это случается часто).

На базовом уровне система способна определить, что дорога свободна, на основе большого объема подобных фотографий. Сопоставив данные, система увеличивает скорость до предустановленного предела. Задача становится сложнее, если на дороге много легковых автомобилей, фур, пешеходов и велосипедистов, а в базе нет готовых действий для этой ситуации. Системе придется угадывать, как поведет себя каждый из участников движения, и реагировать соответственно.

Себастьян Трун считает точное восприятие наиболее сложным аспектом. Он отмечает, что в начале работы над проектом Google по разработке автономных автомобилей модуль восприятия не мог отличить пакет от сбитого ребенка. Как уже было сказано, прогресс есть. На конференции Google I/O в 2018 году беспилотник Waymo продемонстрировал взаимодействие с пешеходом, несшим доску размером с дверь, рабочим, наполовину вылезшим из люка, и даже людьми, одетыми в надувные костюмы динозавров. В каждом случае очертания пешеходов были неясны, но Waymo верно их распознавал.

Существуют проблемы и с системой глубокого обучения. По сути, каждая ситуация, с которой сталкивается система, должна быть ей знакома. В противном случае у нее нет варианта действий. Одна из проблем называется «переобучение». Система начинает устанавливать связь между показателями, которые друг к другу никак не относятся. Это все равно что пытаться угадать число, которое выпадет на кубике, основываясь на его цвете или времени суток. Программа искусственного интеллекта будет продолжать строить гипотезы по поводу выпадающих чисел на базе всех параметров, которые ей доступны.

Проблема усугубляется, когда рассматривается больше факторов. Представим, что я повернул налево. Система может решить, что я поступил так из-за велосипедиста в 200 метрах от меня. К тому же я уже несколько раз делал так в этом районе в это время суток. Я описываю очень схематично, но эти примеры позволят понять сложность обучения ИИ вождению, так как там множество переменных.

Недообучение – обратная проблема. Система ИИ не всегда улавливает нужные связи. К примеру, она может не распознать обочину дороги или не понять, пешеход перед ней или велосипедист, неверно истолковав данные с камеры и лидара. Обычно для борьбы с недообучением в систему загружают новые данные или больше практической информации о взаимосвязи между системой ИИ и реальным миром. В компаниях, занимающихся разработкой беспилотных автомобилей, тысячи сотрудников вручную снабжают изображения тегами с полезной информацией. Такое дополнение нейронных сетей фактическими данными позволяет устранить недообучение.

Другая проблема – обобщение. Если человек знает, как выглядят мышь и песчанка, то без труда скажет, что хомяк находится где-то между ними – еще один млекопитающий грызун. Искусственному интеллекту такая задача кажется сложной. Ему тяжело взять что-то знакомое и на основе этого создать нечто новое, которое при этом обладает смыслом. ИИ или вовсе не распознает новый объект, или выдает постоянно меняющиеся описания. Именно поэтому чат-боты пока плохо поддерживают беседу. Нет ощущения, будто они понимают хоть что-то. Чат-боты просто подбирают более-менее подходящую фразу из тех, что слышали прежде.

Искусственный интеллект в действии. Процессор Nvidia выделяет разноцветной обводкой и другими способами те объекты, которые удалось распознать: машины, пешеходов и велосипедистов.

Эксперты по ИИ считают программное обеспечение беспилотных автомобилей чем-то вроде черного ящика. Входные данные известны. Выходные – тоже. Но как система приходит от одного к другому, остается загадкой. Не вполне понятно, как работают алгоритмы или как «думает» машина. В компании Nvidia попытались визуализировать это с точки зрения автопилота. На изображении, полученном с датчиков автомобиля, они выделили объекты, которые влияют на принятие решений. Результаты обнадеживают: процессор фокусируется на контурах дороги, разметке и припаркованных автомобилях. На то же обращали бы внимание и обычные водители.

«Мы не обучали сеть обращать внимание на эти аспекты напрямую. В этом кардинальное отличие», – написал в блоге Урс Мюллер, главный архитектор ПО для беспилотных автомобилей в Nvidia.

Это не исчерпывающее объяснение принципов, по которым нейронная сеть принимает решения, но с чего-то нужно начинать. Мюллер замечает: «Я не могу объяснить все требования, которые предъявляю автомобилю, но могу показать их, а сеть продемонстрирует, что она усвоила». Некоторые убеждены, что пассажирам следует показывать визуализацию. Так они смогут понять, как думает машина, что повысит доверие к автопилоту.

В дополнение к нейронным сетям программное обеспечение беспилотных автомобилей включает в себя карту в высоком разрешении, которая постоянно обновляется по беспроводной сети. Это трехмерные карты, где информация отображается с точностью до сантиметра (к примеру, при передаче дорожной разметки). Они включают в себя множество слоев, в том числе сведения о ситуации на дороге в реальном времени (сигналы светофора) и «семантические» характеристики (дорожные знаки).

Основные игроки. Кто они?

Широкое распространение беспилотных автомобилей кажется очень близким, но в то же время недосягаемым. Совсем как ховерборд из «Назад в будущее» или устройство, похожее на вавилонскую рыбку из романов Дугласа Адамса, которая моментально переводила с одного языка на другой. В 2015 году Илон Маск поделился прогнозом, по которому Tesla начала бы продавать полностью автономные автомобили к 2018 году. Этого не произошло. Не исполнились и планы компании NuTonomy: руководство хотело запустить в Сингапуре сервис беспилотных такси к 2019 году. Сейчас проводятся эксперименты. General Motors обещала в 2019 году выпустить на рынок полностью автономный серийный автомобиль без руля. На момент написания книги он так и не появился.

В 2015 году Google основала родительскую компанию Alphabet и через год перевела Waymo под ее начало. Многие считают, что Waymo заметно опережает других производителей беспилотных автомобилей. Она выигрывает, к примеру, в вопросах расстояния, которое преодолевает машина без вмешательства водителя-испытателя, когда возникает угроза безопасности. Департамент Калифорнии по регистрации транспортных средств предоставляет наглядную статистику по сконцентрированности технологических компаний и экспериментов с беспилотниками именно в этом штате. В Waymo заявляют, что в среднем в 2018 году их автомобили самостоятельно проехали 17 000 километров по территории штата Калифорния без вмешательства водителя. Общий километраж всех машин достиг 16 миллионов, при этом более 1,5 миллионов километров пришлось на 2018 год.

Авторитетная исследовательская компания Navigant с 2015 года занимается аналитикой в этом секторе. Она учитывает 10 критериев: концепцию; стратегию выхода на рынок; партнеров; производственную стратегию; технологии; продажи; маркетинг и распространение; характеристики продукта; его качество и надежность; линейку продуктов и ее жизнеспособность. Специалисты Navigant тоже считают Waymo лидером отрасли.

Waymo видит будущее не в продаже машин, а в роботакси. Гораздо выгоднее установить дорогостоящее оборудование для беспилотного управления на автомобили, которые используются заметно чаще. Какое-то время в Waymo пытались самостоятельно производить транспортные средства, но быстро отказались от этой идеи. Она делегировала задачу по производству Jaguar и Chrysler. Начиная с 2020 года Jaguar должен изготовить 20 000 I-Paces, а Chrysler уже в процессе поставки 62 000 минивэнов Pacifica. Waymo рассматривает производителей автомобилей как поставщиков и добавляет машинам ценности, превращая их в беспилотники.

По оценкам аналитиков, стоимость Waymo колеблется от 175 до 250 миллиардов долларов. Это больше, чем стоят Ford, GM, Fiat-Chrysler, Honda и Tesla вместе взятые. Специалисты считают, что главным автомобилестроительным компаниям потребуется помощь Waymo для конструирования собственных автономных транспортных средств. Но и обычные автопроизводители борются за долю рынка, сотрудничая друг с другом и с технологическими компаниями. Кроме того, они постоянно приобретают стартапы, которые специализируются именно на беспилотниках. Появление новых участников рынка, поглощения и прочие сделки сейчас случаются чаще, чем когда-либо.

Второе место в мировой гонке автономных автомобилей занимает General Motors. В 2018 году их автомобили проезжали по 8375 километров без вмешательства водителя. По этим показателям они уступают Waymo в статистике Департамента по регистрации транспортных средств. В течение 2018 года машины самостоятельно проехали 800 000 километров по территории Калифорнии. Это означает, что объединенный километраж Waymo и General Motors составляет 86 % того, что зарегистрирован для всех беспилотников в штате. General Motors – серьезный конкурент, который завоевал свои позиции не через партнерство, а через приобретение. В 2016 году компания потратила миллиард долларов на стартап Cruise Automation, основанный в 2013 году.

Как и Waymo, General Motors сосредоточила усилия на роботакси, а не на личном транспорте и аренде автомобилей. Число продаж будет невысоким. Но как и в Waymo, руководство компании считает, что прибыль окажется крупнее, чем с обычными машинами. Сейчас производитель автомобилей зарабатывает всего лишь цент с каждой мили. Если компания владеет роботакси, она зарабатывает в 20 раз больше. Неудивительно, что отдел беспилотных автомобилей обеспечивает акциям General Motors треть их стоимости. В отличие от Waymo, у General Motors есть завод, на котором могут изготовить столько такси модели Chevy Bolt, сколько потребуется. Их основные испытания проходят в Сан-Франциско, а дополнительные – в Аризоне и Мичигане.

Среди других сделок можно вспомнить совместную инвестицию Volkswagen и Ford в компанию Argo AI, разработчика программного обеспечения. Сумма вложений – миллиард долларов. Daimler сотрудничает с рядом технологических компаний, в том числе с Nvidia. Delphi, бывший поставщик запчастей для GM, который пережил банкротство, вернулся на рынок, выкупив компанию NuTonomy – производителя ПО для беспилотных автомобилей. Технологические гиганты из Китая тоже подключаются к борьбе за рынок.

В отрасль пытаются пробиться и компании, специализирующиеся исключительно на технологиях. В их число входит Apple, которая в 2017 году начала тестировать собственные беспилотники на обычных шоссе (и снова в Калифорнии). Интерес компании к этой сфере тут же породил массу шуток. Будто Apple станет производить алюминиевые машины со скругленными углами, зарядить которые получится только через фирменный разъем, причем аккумулятор будет несъемный. А водить автомобиль можно только по дорогам, принадлежащим компании, если владелец не докупит дорогой переходник. И, разумеется, с каждым годом машины будут все тоньше и тоньше. Ужас.

Правда в том, что беспилотники Apple сильно отстают от своих соперников. На испытаниях водителю приходится вмешиваться каждые пару километров. Однако представители компании заявляют, что подсчеты проводятся по другому методу, так что сравнивать показатели нельзя. В 2019 году Apple выкупила не самый успешный стартап drive.ai. Он занимается разработкой искусственного интеллекта для беспилотного управления, который можно было бы встроить в любое транспортное средство.

Беспилотные автомобили Uber хорошо известны широкой публике, но их технические возможности уступают конкурентам: водителю приходится часто вмешиваться в процесс.

Китай

Председатель КНР Си Цзиньпин проявляет большой интерес к искусственному интеллекту и хочет сделать эту технологию частью стратегии экономического развития страны. На благо этой цели трудятся как стартапы, так и авторитетные китайские технологические гиганты. Несмотря на разворачивающуюся торговую войну между Китаем и США, искусственный интеллект, кажется, тесно связывает два государства. Компании Кремниевой долины отправляют специалистов обратно в Китай, где до недавних пор были запрещены испытания беспилотников на обычных дорогах. Теперь эти испытания набирают обороты. Ситуация очень похожа на американское доминирование Google и Waymo: компания, владеющая крупнейшим китайским поисковиком Baidu, провела первое в истории страны испытание автономного автомобиля. Оно прошло в Пекине 22 марта 2018 года с использованием сети 5G. В машине установлено программное обеспечение Apollo с открытым кодом. Интернет-магазин Alibaba и технологическая компания Tencent разрабатывают платформы для беспилотных транспортных средств, сотрудничая с производителями автомобилей. Если рассматривать самих производителей, то шанхайская компания Nio разрабатывает беспилотник Eve, компания Byton – автономный автомобиль K-Byte, который работает на программном обеспечении от Aurora. Последнюю основал бывший сотрудник Google, который возглавлял программу развития автономных автомобилей. Большинство китайских компаний нацелены на четвертый, а не пятый уровень автономности. Это многое говорит о том, как представители крупнейшего автомобильного рынка видят будущее технологии беспилотного управления.

В 2018 году вмешательство человека требовалось каждые полкилометра. Вероятно, дополнительные инвестиции Toyota и Саудовской Аравии в размере миллиарда долларов исправят положение. Uber хочет создать беспилотный таксопарк на земле и, возможно, даже в воздухе.

Некоторые сомневаются в том, что количество километров, которое автомобиль проехал самостоятельно, – правильное мерило успеха. Профессор Пол Дженнингс из Уорикского университета предлагает проверять поведение в острых ситуациях при помощи симуляторов или дополненной реальности. «В симулятор можно загрузить множество сложных случаев и составить более полное представление о работоспособности системы», – отмечает он. Симулятор позволит поставить транспортное средство в редкие и сложные для вождения условия (например, при ослепительном солнце или на подтопленных дорогах).

Существует компания, которая тестирует свои автомобили в симуляторе, но при этом никак не упоминается в отчетах Департамента по регистрации транспортных средств. Это Tesla. Впервые собственная система автопилота была установлена на Tesla Model S в 2014 году. На сегодняшний день система скорее помогает водителю, чем берет на себя полное управление автомобилем. Она включает в себя возвращение в центр полосы, адаптивный круиз-контроль, автоматическую парковку, возможность автоматически перестраиваться на другую полосу, а также отправлять машину в гараж или на парковочное место и возвращать ее оттуда.

Представители компании сообщают, что в будущем планируют перейти к полной автономности, но сперва нужно преодолеть юридические и технические препятствия. Многие владельцы уже внесли предоплату за возможность установить обновления, когда те станут доступными. Понятно, почему некоторые выражают недовольство: они подозревают, что этого может и не произойти.

Tesla отличается от конкурентов тем, что основу ее системы автопилота составляют только камеры и программное обеспечение. Илон Маск не включил лидар в комплектацию ни одной из машин, потому что считает этот датчик слишком дорогим и громоздким. Он также отмечает, что люди и животные ориентируются при помощи зрения, а глаза – биологический аналог камер. По его мнению, низкая стоимость и постоянно растущее разрешение делают оптические камеры идеальным вариантом в комбинации с ИИ (а также радарами и ультразвуковыми датчиками).

«Глаза – это, по сути своей, просто камеры. Все существа на Земле ориентируются с помощью камер. Орлан способен издалека заметить рыбу, учесть коэффициент преломления воды, нырнуть и поймать добычу. Нет сомнений в том, что с нейронными сетями, обрабатывающими изображения, и камерами можно стать сверхчеловеком, который управляет автомобилем с помощью оптики», – говорит Маск.

Компания обучает искусственный интеллект на базе огромного количества информации о поведении водителей. Владельцам Tesla предлагается работа в «теневом режиме». В нем машина не предпринимает никаких действий, но регистрирует моменты, когда она могла бы это сделать. Если автомобиль попадает в аварию, специалисты компании отслеживают, мог ли автопилот ее предотвратить. Помимо этого, машина отправляет данные с камер.

Информация, полученная с датчиков, загружается на серверы компании и используется для улучшения искусственного интеллекта. Владельцы Tesla сообщают, что автомобили ежедневно отправляют более 100 мегабайт информации. Этот объем данных заметно меньше, чем у Google, но они зачастую ограничиваются конкретными запросами. Если в компании Tesla решают, что им нужно больше информации для каких-то целей, автомобили начинают искать и отправлять именно то, что нужно. К примеру, специалистам могут понадобиться изображения велосипеда, закрепленного на крыше машины. Такая конструкция способна сбить автопилот с толку, поэтому системе требуется обучение на дополнительных данных. Траектории, которым следуют водители в разных ситуациях, также служат предметом изучения. Благодаря этому можно понять, что автомобили делают перед тем или иным событием и на дороге и есть ли какие-то шаблоны поведения. В отличие от всех остальных игроков рынка, Tesla хочет сделать доступные беспилотные автомобили, которые сможем себе позволить и мы с вами.