傳感器傳遞來的圖像：2005 DARPA超級(jí)挑戰(zhàn)賽最有難度的賽段——“啤酒瓶走廊”

參賽車輛行駛在“啤酒瓶走廊”賽段（Beer Bottle Pass）

奪冠車輛Stanley由斯坦福團(tuán)隊(duì)與大眾電氣研究實(shí)驗(yàn)室共同打造，原車由大眾提供。Stanley的車頂部安裝了5顆Sick AG LIDAR公司提供的雷達(dá)單元，用于構(gòu)建周圍環(huán)境的三維模型，與GPS共同工作，還有一個(gè)攝像頭用來探測(cè)周圍汽車行駛狀況，來確定是否有足夠的超車距離。此外，在輪胎上還裝有碼表，用于更加精確地測(cè)定里程。車內(nèi)使用了Linux系統(tǒng)，搭載6顆低功耗1.6Ghz的奔騰M處理器來處理數(shù)據(jù)。

2005年奪冠車輛：斯坦福團(tuán)隊(duì)Stanley 

2007年的DARPA Grand Challenge也被稱為“城市挑戰(zhàn)賽”（Urban Challenge），當(dāng)時(shí)的賽道全長(zhǎng)60英里，參賽車隊(duì)需在6小時(shí)內(nèi)完成比賽。11個(gè)參賽團(tuán)隊(duì)主要代表主要大學(xué)和大型企業(yè)利益，如CMU與通用汽車合作，斯坦福與大眾汽車合作，弗吉尼亞理工與TORC Technologies合作。此外，奧什科什卡車，霍尼韋爾，雷神，加州理工，Autonomous Solutions，康奈爾大學(xué)，以及麻省理工學(xué)院也積極參賽。

最終卡內(nèi)基梅隆大學(xué)憑借他們的車輛Boss（2007款雪佛蘭太浩）獲得了200萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金。贏得100萬(wàn)美元獎(jiǎng)金的第二名是斯坦福賽車隊(duì)，他們的車輛為Junior（一輛2006款大眾帕薩特）。排在第三位的是VictorTango車隊(duì)，憑借2005款福特Escape混合動(dòng)力車Odin贏得了50萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金。麻省理工學(xué)院獲得第4名，康奈爾大學(xué)和賓夕法尼亞大學(xué)也完成了該賽程。

雖然2004年和2005年的賽事對(duì)車輛來說更具挑戰(zhàn)性，但機(jī)器人是孤立地運(yùn)行的，并且只在試圖超車時(shí)會(huì)在賽道上遇到其他車輛。2007“城市挑戰(zhàn)”要求設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出能夠遵守所有交通規(guī)則的車輛，同時(shí)能夠在賽道上檢測(cè)和避開其他機(jī)器人。這對(duì)于車輛軟件來說是一個(gè)特殊的挑戰(zhàn)，因?yàn)檐囕v必須基于其他車輛的動(dòng)作實(shí)時(shí)做出“智能”決策。

2007年奪冠車輛卡內(nèi)基梅隆大學(xué)BOSS在該校展出，背景是H1ghlander

斯坦福大學(xué)和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)隊(duì)（CMU）之間的競(jìng)爭(zhēng)是這三次超級(jí)挑戰(zhàn)賽中最具看點(diǎn)的。CMU的Red Team是所受呼聲最高的團(tuán)隊(duì)。2004年，團(tuán)隊(duì)成功改裝兩輛悍馬——H1ghlander和Sandstorm，搭載自動(dòng)駕駛技術(shù)，在沙漠中順利馳騁數(shù)周，一舉取得當(dāng)年的DARPA超級(jí)挑戰(zhàn)賽最好成績(jī)。然而，在2005年，Red Team并沒有讓所望所歸，引擎問題從比賽開始兩個(gè)小時(shí)后一直困擾著H1ghlander，車輛一直無法達(dá)到設(shè)計(jì)的目標(biāo)速度。而這個(gè)引擎謎題直到2017年才被意外解開：是安裝在引擎控制模塊和燃油注射器之間的過濾器出現(xiàn)了問題。

斯坦福大學(xué)隊(duì)和CMU也有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，斯坦福大學(xué)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)Sebastian Thrun以前是Carnegie Mellon的教員和CMU團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Red Whittaker的同事。斯坦福大學(xué)對(duì)于2005年奪冠也十分驚訝：我們能贏純屬偶然，如果卡內(nèi)基梅隆的引擎不出意外，那我們應(yīng)該就輸了。畢竟H1ghlander被引擎問題耽誤了40多分鐘，而最終Stanley僅僅以11分鐘的優(yōu)勢(shì)贏得了挑戰(zhàn)賽。

再回頭看，雖然2005年的意外讓卡內(nèi)基梅隆大學(xué)與DARPA超級(jí)挑戰(zhàn)賽冠軍失之交臂，但他們基本都表示一切皆好，對(duì)結(jié)果已經(jīng)很滿意?？▋?nèi)基的Red Team也沒有就此止步，而是砥礪前行，去開辟了更廣闊、更新鮮的世界。

2007年，CMU的BOSS贏得了DARPA城市挑戰(zhàn)賽（DARPA Urban Challenge），斯坦福Stanley在DARPA超級(jí)挑戰(zhàn)賽表現(xiàn)優(yōu)秀，一齊鞏固了卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和斯坦福大學(xué)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的地位?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)的核心技術(shù)人才也幫助Uber、Google等大公司將無人車送上了公路，并讓匹茲堡匯集了眾多自動(dòng)駕駛初創(chuàng)公司和團(tuán)隊(duì)，成為了自動(dòng)駕駛研究、開發(fā)和測(cè)試的要地。

二、新一輪DARPA超級(jí)挑戰(zhàn)賽

當(dāng)下，許多硅谷的科技企業(yè)和全球的汽車制造商都開始投資自動(dòng)駕駛技術(shù)：Uber把無人車送上了美國(guó)舊金山、匹茲堡和亞利桑那州的道路；特斯拉除了已經(jīng)實(shí)裝的輔助駕駛功能之外，也在積極地測(cè)試無人駕駛汽車；豐田、大眾、通用等傳統(tǒng)汽車制造商也在相關(guān)領(lǐng)域重金投資、收購(gòu)。而DARPA也展開了新一輪的挑戰(zhàn)賽，把關(guān)注點(diǎn)更明確地放在軍用化、實(shí)用化技術(shù)上。

2012年開始的DARPA機(jī)器人挑戰(zhàn)賽時(shí)間橫跨三年，是一項(xiàng)專注于類人機(jī)器人的持續(xù)競(jìng)賽。該項(xiàng)目的主要目標(biāo)是開發(fā)地面機(jī)器人能力，以在危險(xiǎn)工程的環(huán)境中執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)。與之前的挑戰(zhàn)不同，機(jī)械本體的建造將不屬于機(jī)器人挑戰(zhàn)的范圍，參賽者無需從頭開始構(gòu)建機(jī)器人。DARPA將向一些參與者提供“一個(gè)帶有手臂、腿、軀干和頭部的機(jī)器人硬件平臺(tái)。波士頓動(dòng)力公司（Boston Dynamics）作為該挑戰(zhàn)中使用的機(jī)器人的唯一來源，該公司需根據(jù)PETMAN項(xiàng)目開發(fā)并制造8個(gè)相同的機(jī)器人以供軟件團(tuán)隊(duì)使用。除了促進(jìn)半自主機(jī)器人的發(fā)展，該挑戰(zhàn)賽還尋求在項(xiàng)目結(jié)束后讓機(jī)器人軟件和系統(tǒng)開發(fā)變得更容易。總體來看機(jī)器人表現(xiàn)優(yōu)于預(yù)期。但是有各種各樣的失敗表明機(jī)器人技術(shù)仍然存在困難。

2013年FANG計(jì)劃的目標(biāo)是測(cè)試專門開發(fā)的META設(shè)計(jì)工具，模型庫(kù)和Vehicle FORGE平臺(tái)，這些平臺(tái)的創(chuàng)建是為了顯著壓縮復(fù)雜防御系統(tǒng)的設(shè)計(jì)到生產(chǎn)時(shí)間。

目前設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)早已經(jīng)結(jié)束，獲獎(jiǎng)的FANG設(shè)計(jì)由DARPA iFAB計(jì)劃團(tuán)隊(duì)建造。iFAB或Instant Foundry Adaptive by Bits由賓夕法尼亞州立大學(xué)的應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)，將驗(yàn)證可制造性反饋、代工配置和指令生成工具等。最終，竣工的設(shè)計(jì)將在FANG演示責(zé)任方Ricardo Inc.的領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估。

FANG作為DARPA先進(jìn)制造計(jì)劃的一部分，為自適應(yīng)車輛制造（AVM）項(xiàng)目提交了設(shè)計(jì)許多可行的創(chuàng)新設(shè)計(jì)工具。AVM是一個(gè)專注于將復(fù)雜的軍事系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間表減少五倍或更多的計(jì)劃組合，涉及制造過程的所有方面，包括整個(gè)從需求表示、設(shè)計(jì)到全面復(fù)雜防御系統(tǒng)的最終物理構(gòu)建。

三、超級(jí)挑戰(zhàn)賽帶來的啟示

DARPA的幾次超級(jí)挑戰(zhàn)賽匯集了來自各個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新思想家，來自計(jì)算機(jī)編程和工程公司、車輛制造商、大學(xué)和車庫(kù)技工甚至加利福尼亞州的高中的幾十個(gè)團(tuán)隊(duì)為比賽設(shè)計(jì)了車輛。他們可以幫助DARPA在開地面無人車輛方面取得重大進(jìn)展。這樣的活動(dòng)能夠激發(fā)各行各業(yè)的優(yōu)秀創(chuàng)造力，以加速軍用自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)的發(fā)展。另一方面，超級(jí)挑戰(zhàn)賽又能拾取那些通常不和國(guó)防部做生意的好主意。

同時(shí)，超級(jí)挑戰(zhàn)賽用資金支持對(duì)軍事技術(shù)有益的科學(xué)技術(shù)。美國(guó)國(guó)會(huì)授權(quán)DARPA出資支持那些能夠給軍事應(yīng)用帶來革命性改變的技術(shù)。2004年的第一次大挑戰(zhàn)提供的獎(jiǎng)勵(lì)金額為100萬(wàn)美元，2005年活動(dòng)的獎(jiǎng)金增至200萬(wàn)，而2007年城市挑戰(zhàn)賽的第一、第二和第三名分別獲得200萬(wàn)美元、100萬(wàn)美元和50萬(wàn)美元。在后續(xù)的機(jī)器人挑戰(zhàn)賽和FANG挑戰(zhàn)賽上，還提供機(jī)器人等硬件設(shè)備供開發(fā)使用。資金和設(shè)備平臺(tái)的支持對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的支持程度為技術(shù)發(fā)展提供了很大的幫助。

雖然參賽者在競(jìng)賽中玩得很開心，但比賽的最終目標(biāo)是在戰(zhàn)場(chǎng)上拯救美國(guó)人的生命，這是比賽的本質(zhì)，也是技術(shù)合格的底線。DARPA的挑戰(zhàn)賽主旨也從未脫離軍事應(yīng)用。

當(dāng)今，無人系統(tǒng)在作戰(zhàn)行動(dòng)中發(fā)揮著越來越重要的作用?！安妒痴摺焙汀叭蝥棥钡葻o人駕駛飛行器在多次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中進(jìn)行了偵察和監(jiān)視任務(wù)，“捕食者”號(hào)還進(jìn)行了精確的空襲。美國(guó)國(guó)防部也正在加緊努力開發(fā)無人駕駛地面系統(tǒng)，該系統(tǒng)將與載人系統(tǒng)協(xié)同工作，以增強(qiáng)美軍的能力并挽救士兵生命。

例如，在類似“伊拉克自由行動(dòng)”這樣的作戰(zhàn)中，作戰(zhàn)部隊(duì)迅速向目的地滲透行進(jìn)，隨后就要考慮補(bǔ)給物資，保護(hù)供應(yīng)線至關(guān)重要。美軍官員們表示，未來地面無人駕駛系統(tǒng)可以在不使用人員作為駕駛員的情況下進(jìn)行再補(bǔ)給任務(wù)，而且不需要部隊(duì)進(jìn)行保護(hù)。

在無人駕駛車輛技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，可以看到，大多數(shù)現(xiàn)有車型依靠人來遠(yuǎn)程操作車輛。不需要操作人員的車輛往往移動(dòng)速度非常慢，并且難以以最小的障礙穿越地形。對(duì)于未來要發(fā)展的無人駕駛地面車輛來說，他們必須能夠快速，輕松地穿越崎嶇的地形，而無需人工協(xié)助。這是DARPA最終目標(biāo)。超級(jí)挑戰(zhàn)賽是將技術(shù)帶到成熟的關(guān)鍵一步。

從2004年無人完成比賽，到2005年幾乎所有決賽團(tuán)隊(duì)都超越了04年的最好成績(jī)，再到2007年更加苛刻的規(guī)則下依然有團(tuán)隊(duì)完成比賽，只用了3年的時(shí)間，從數(shù)據(jù)中，我們就可以看出無人駕駛技術(shù)的發(fā)展之快。這還只是多年前的成績(jī)。

而無人駕駛車輛在路上的加速、減速以及轉(zhuǎn)彎動(dòng)作，或許只是人類的下意識(shí)動(dòng)作，但對(duì)于機(jī)器來說，這代表了現(xiàn)時(shí)科技的最高水平。這也說明地面無人車輛的技術(shù)雖然發(fā)展較快，但仍然達(dá)不到令人滿意的程度，還有待進(jìn)一步爆發(fā)，其基礎(chǔ)技術(shù)的研究正在如火如荼地展開，包括導(dǎo)航定位、多模探測(cè)感知、多傳感器信息融合、自適應(yīng)輪轂、自動(dòng)駕駛接管等。?

主要參考資料：

[1]. DARPA Grand Challenge to Showcase Unmanned Vehicle Technology

[2]. Stanley: The Robot that Won the DARPA Grand Challenge

[3]. Carnegie Mellon Solves 12-Year-Old DARPA Grand Challenge Mystery

[4]. CMU為何意外輸?shù)?005年DARPA挑戰(zhàn)賽，謎題終于解開_雷鋒網(wǎng)

[5]. DARPA FANG Mobility/Drivetrain Challenge

[6]. DARPA Announces Winner of the First FANG Challenge