El DARPA Grand Challenge es un concurso de premios para vehículos autónomos estadounidenses , financiado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa , la organización de investigación más destacada del Departamento de Defensa de los Estados Unidos . El Congreso ha autorizado a DARPA a otorgar premios en efectivo para promover la misión de DARPA de patrocinar investigaciones revolucionarias y rentables que cierren la brecha entre los descubrimientos fundamentales y el uso militar. [1] El Gran Desafío DARPA inicial en 2004 se creó para estimular el desarrollo de tecnologías necesarias para crear los primeros vehículos terrestres totalmente autónomos capaces de completar un recorrido todoterreno sustancial en un tiempo limitado. El tercer evento, el DARPA Urban Challenge en 2007, amplió el desafío inicial a la operación autónoma en un entorno urbano simulado. El DARPA Robotics Challenge 2012 , centrado en robots autónomos de mantenimiento de emergencia, y aún se están concibiendo nuevos desafíos. El DARPA Subterranean Challenge tenía la tarea de crear equipos robóticos para mapear, navegar y buscar de forma autónoma entornos subterráneos. Estos equipos podrían resultar útiles en la exploración de zonas peligrosas y en la búsqueda y rescate. [2] [3]
Además de los desafíos en la tecnología autónoma, DARPA también ha realizado concursos de premios en otras áreas de la tecnología.
Los vehículos totalmente autónomos han sido una búsqueda internacional durante muchos años, desde esfuerzos en Japón (a partir de 1977), Alemania ( Ernst Dickmanns y VaMP ), Italia (el Proyecto ARGO), la Unión Europea ( Proyecto EUREKA Prometheus ), los Estados Unidos de América y otros países. DARPA financió el desarrollo del primer robot totalmente autónomo a partir de 1966 con el proyecto Shakey the robot en el Stanford Research Institute , ahora SRI International. DARPA desarrolló el primer vehículo terrestre autónomo capaz de conducir dentro y fuera de carreteras como parte de la Iniciativa de Computación Estratégica que comenzó en 1984, lo que llevó a demostraciones de navegación autónoma por parte del Vehículo Terrestre Autónomo y el Navlab . [4]
El Grand Challenge fue la primera competición de larga distancia para coches sin conductor del mundo; Otros esfuerzos de investigación en el campo de los vehículos sin conductor adoptan un enfoque comercial o académico más tradicional. El Congreso de Estados Unidos autorizó a DARPA a ofrecer un premio en metálico (1 millón de dólares) para el primer Gran Desafío destinado a facilitar el desarrollo robótico, con el objetivo final de hacer que un tercio de las fuerzas militares terrestres sean autónomas para 2015. Tras el evento de 2004, el Dr. Tony Tether , El director de DARPA, anunció que el premio en metálico se había incrementado a 2 millones de dólares para el próximo evento, que se reclamó el 9 de octubre de 2005. El primer, segundo y tercer lugar en el Urban Challenge 2007 recibieron 2 millones de dólares, 1 millón de dólares y 500.000 dólares, respectivamente. 14 nuevos equipos se han clasificado en el año 2019. [5]
La competencia estaba abierta a equipos y organizaciones de todo el mundo, siempre que hubiera al menos un ciudadano estadounidense en la lista. Han participado equipos de escuelas secundarias, universidades, empresas y otras organizaciones. Más de 100 equipos se inscribieron en el primer año, aportando una amplia variedad de habilidades tecnológicas a la carrera. En el segundo año, 195 equipos de 36 estados de EE. UU. y 4 países extranjeros participaron en la carrera.
La primera competencia del DARPA Grand Challenge se llevó a cabo el 13 de marzo de 2004 en la región del desierto de Mojave en los Estados Unidos, a lo largo de una ruta de 150 millas (240 km) que sigue el camino de la Interestatal 15 desde justo antes de Barstow, California hasta justo después de la frontera entre California y Nevada en Primm . Ninguno de los vehículos robot terminó la ruta. El equipo rojo de la Universidad Carnegie Mellon y el automóvil Sandstorm (un Humvee reconvertido) recorrieron la distancia más larga, completando 11,78 km (7,32 millas) del recorrido antes de quedar atrapado en una roca después de hacer una curva en zigzag. No se declaró ningún ganador y no se entregó el premio en efectivo. Por lo tanto, se programó un segundo evento DARPA Grand Challenge para 2005.
La segunda competición del DARPA Grand Challenge comenzó a las 6:40 am del 8 de octubre de 2005. Todos menos uno de los 23 finalistas de la carrera de 2005 superaron la distancia de 11,78 km (7,32 millas) completada por el mejor vehículo de la carrera de 2004. Cinco vehículos completaron con éxito el recorrido de 212 km (132 millas):
Los vehículos en la carrera de 2005 pasaron por tres túneles estrechos y tomaron más de 100 curvas cerradas a izquierda y derecha. La carrera concluyó a través de Beer Bottle Pass, un paso de montaña sinuoso con un precipicio pronunciado en un lado y una pared rocosa en el otro. [6] Aunque el curso de 2004 requirió más ganancia de elevación y se requirieron algunas curvas muy pronunciadas (Daggett Ridge) cerca del comienzo de la ruta, el curso tenía muchas menos curvas y caminos generalmente más anchos que el curso de 2005.
La rivalidad natural entre los equipos de Stanford y Carnegie Mellon ( Sebastian Thrun , jefe del equipo de Stanford, anteriormente fue miembro de la facultad en Carnegie Mellon y colega de Red Whittaker , jefe del equipo CMU) se desarrolló durante la carrera. Los problemas mecánicos plagaron a H1ghlander antes de que Stanley lo pasara. La entrada del equipo Grey fue un milagro en sí mismo, ya que el equipo de los suburbios de Nueva Orleans quedó atrapado en el huracán Katrina unas pocas semanas antes de la carrera. El quinto finalista, Terramax, un vehículo de 30,000 libras de Oshkosh Truck , terminó el segundo día. El enorme camión pasó la noche parado en el circuito, pero fue especialmente ágil a la hora de avanzar con cuidado por las estrechas carreteras de Beer Bottle Pass.
La tercera competencia del DARPA Grand Challenge, [7] conocida como "Urban Challenge", tuvo lugar el 3 de noviembre de 2007 en el sitio de la ahora cerrada Base de la Fuerza Aérea George (actualmente utilizada como Aeropuerto Logístico del Sur de California ), en Victorville, California (mapa de Google). [8] El curso implicó un recorrido de 96 km (60 millas) en un área urbana, que se completará en menos de 6 horas. Las reglas incluían obedecer todas las normas de tránsito mientras se negociaba con otros vehículos y obstáculos y se incorporaba al tránsito.
A diferencia de desafíos anteriores, los organizadores del Urban Challenge 2007 dividieron a los competidores en dos "pistas", A y B. Todos los equipos de la Pista A y la Pista B formaban parte del mismo circuito de competencia, pero los equipos elegidos para el programa de la Pista A recibieron 1 millón de dólares en concepto de premios. fondos. Estos 11 equipos representaban en gran medida a las principales universidades y grandes intereses corporativos, como CMU haciendo equipo con GM como Tartan Racing, Stanford haciendo equipo con Volkswagen , Virginia Tech haciendo equipo con TORC Robotics como VictorTango, Oshkosh Truck , Honeywell , Raytheon , Caltech , Andalusian Solutions , Cornell y MIT . Una de las pocas entradas independientes en la Pista A fue el Grupo Golem. DARPA no ha explicado públicamente el motivo detrás de la selección de los equipos de la Pista A.
Los equipos recibieron mapas que mostraban escasamente los puntos de referencia que definían los recorridos de la competencia. Al menos un equipo, Tartan Racing, mejoró los mapas mediante la inserción de puntos de referencia extrapolados adicionales para mejorar la navegación. Un artículo informativo publicado por el equipo Jefferson ilustra gráficamente el contraste entre el mapa del recorrido que le proporcionó DARPA y el mapa del recorrido utilizado por Tartan Racing. [9]
Tartan Racing reclamó el premio de 2 millones de dólares con su vehículo "Boss", un Chevy Tahoe. El segundo clasificado que se llevó el premio de 1 millón de dólares fue el Stanford Racing Team con su modelo "Junior", un Volkswagen Passat 2006. En tercer lugar quedó el equipo VictorTango, que ganó el premio de 500.000 dólares con su Ford Escape híbrido 2005, "Odin". [10] El MIT quedó en cuarto lugar, y la Universidad de Cornell y la Universidad de Pensilvania / Universidad de Lehigh también completaron el curso.
Los seis equipos que finalizaron con éxito todo el curso:
Si bien los eventos de 2004 y 2005 fueron más desafiantes físicamente para los vehículos , los robots operaron de forma aislada y solo encontraron otros vehículos en el recorrido cuando intentaron adelantar. El Urban Challenge requirió que los diseñadores construyeran vehículos capaces de obedecer todas las leyes de tránsito mientras detectan y evitan a otros robots en el recorrido. Este es un desafío particular para el software de vehículos , ya que los vehículos deben tomar decisiones "inteligentes" en tiempo real basadas en las acciones de otros vehículos. A diferencia de los esfuerzos anteriores de vehículos autónomos que se centraban en situaciones estructuradas como la conducción en carretera con poca interacción entre los vehículos, esta competencia se desarrolló en un entorno urbano más desordenado y requirió que los autos realizaran interacciones sofisticadas entre sí, como mantener la precedencia en un 4 -Intersección de parada de camino. [dieciséis]
El DARPA Robotics Challenge es una competición continua centrada en la robótica humanoide. El objetivo principal del programa es desarrollar capacidades robóticas terrestres para ejecutar tareas complejas en entornos peligrosos, degradados y diseñados por humanos. [17] Se inauguró en octubre de 2012 y fue sede de la Competencia Virtual de Robótica en junio de 2013. Están previstas dos competencias más: las Pruebas de la República Democrática del Congo en diciembre de 2013 y las Finales de la República Democrática del Congo en diciembre de 2014.
A diferencia de Desafíos anteriores, la construcción de los "vehículos" no será parte del alcance del Reto de Robótica. En agosto de 2012, DARPA anunció que Boston Dynamics actuaría como única fuente de robots que se utilizarían en el desafío, otorgándoles un contrato para desarrollar y construir 8 robots idénticos basados en el proyecto PETMAN para que los utilicen los equipos de software. [18] El monto contratado fue de $10,882,438 de costo más tarifa fija y se espera que el trabajo esté terminado para el 9 de agosto de 2014. [19]
El 22 de abril de 2013, DARPA otorgó un premio de 1 millón de dólares a "Ground Systems", un equipo de tres personas con miembros en Ohio, Texas y California, como ganador del concurso de movilidad /tren motriz de vehículos terrestres de próxima generación (FANG) de rápida adaptación. Desafío. La presentación del diseño final de Team Ground Systems recibió la puntuación más alta cuando se compara con los requisitos establecidos para el rendimiento y la capacidad de fabricación del sistema. Desde el comienzo del primer Desafío FANG el 14 de enero de 2013, más de 1.000 participantes dentro de más de 200 equipos utilizaron las herramientas de diseño META y la plataforma de colaboración VehicleFORGE desarrollada por la Universidad Vanderbilt en Nashville , Tennessee , para diseñar y simular el desempeño de miles de personas. de posibles subsistemas de movilidad y transmisión. El objetivo del programa FANG es probar las herramientas de diseño META, las bibliotecas de modelos y la plataforma VehicleFORGE especialmente desarrolladas, que se crearon para comprimir significativamente el tiempo desde el diseño hasta la producción de un sistema de defensa complejo. [20]
El DARPA Subterranean Challenge encargó a equipos, formados por entidades universitarias y corporativas de todo el mundo, la tarea de construir sistemas robóticos y soluciones virtuales para mapear, navegar y buscar entornos subterráneos de forma autónoma. Estas áreas pueden ser difíciles y peligrosas para los humanos, lo que hace que los equipos robóticos sean una opción deseable para las operaciones de exploración y búsqueda y rescate. Estos entornos también plantean desafíos importantes para los robots, incluida la falta de iluminación, el goteo de agua, el humo espeso, los entornos desordenados o de forma irregular y la posible pérdida de capacidades de GPS y comunicaciones con sus manipuladores. El Desafío estaba destinado a ayudar a cerrar brechas en cuatro áreas técnicas: autonomía, percepción, redes y movilidad. [2] [3] [21]
El Desafío comenzó en septiembre de 2018 y consistió en una Competencia de Sistemas (en la que los equipos compiten con robots físicos) y una Competencia Virtual (en la que los equipos compiten en un entorno virtual en el simulador virtual ROS Gazebo). La competencia se dividió en tres etapas (Etapa de desarrollo, Etapa de circuito y Etapa final. El Desafío SubT consistió en cuatro eventos, el Circuito de túneles (agosto de 2019), que se llevó a cabo en una mina experimental en Pittsburgh, PA; el Circuito urbano ( febrero de 2020), que presentó una planta de energía nuclear abandonada en Elma, WA; el Circuito de la Cueva (noviembre de 2020), que se llevó a cabo solo de manera virtual debido a la pandemia de COVID-19 y el Evento Final (septiembre de 2021), que presentó elementos de Los tres dominios (túneles subterráneos urbanos y redes de cuevas naturales) se llevaron a cabo en Louisville, KY. [22]
Los equipos procedían de 11 países (Australia, Canadá, República Checa, Inglaterra, Alemania, Noruega, Corea del Sur, España, Suecia, Suiza y Estados Unidos) y 20 universidades. El 24 de septiembre de 2021, el equipo CERBERUS ganó la competencia final de sistemas utilizando cuatro sistemas con patas ANYmal C. El equipo de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth (CSIRO) de Australia quedó en segundo lugar detrás del Equipo CERBERUS, con el mismo número de puntos, pero un tiempo ligeramente más lento. El equipo Dynamo ganó la competencia virtual final. [23] [24] [25] [26]
Una estrategia importante fue crear un equipo de robots con diversas capacidades. Con una combinación de capacidades de navegación, como bandas de rodadura, ruedas, rotores y patas, los robots pudieron navegar en una variedad de espacios. Los diferentes tipos de robots tienen diferentes capacidades. Los robots andantes pueden afrontar terrenos irregulares, como escaleras y montones de escombros. Los robots con ruedas o bandas de rodadura pueden transportar cargas útiles más pesadas, incluidas baterías grandes, y funcionar durante más tiempo. Los "marsupiales" pueden transportar otros robots, incluidos pequeños robots voladores que tienen baterías de corta duración. Los robots voladores se pueden desplegar estratégicamente para mapear espacios grandes o de difícil acceso. El uso de diversos instrumentos de detección, como luces, radares, sonares e imágenes térmicas, permite a un equipo de robots y sus manipuladores recopilar información sobre las condiciones del aire y de visibilidad y responder a una gama más amplia de condiciones. [2] [3]
Debido a que las condiciones pueden interferir con las comunicaciones entre los robots y sus manipuladores, los equipos que desarrollaron robots con cierto grado de autonomía tuvieron más éxito en la desafiante tarea de mapear y buscar en un espacio subterráneo complejo. Estos robots podrían explorar por sí solos y luego volver a establecer contacto por radio entre sí y con sus cuidadores para intercambiar información sobre lo que habían encontrado. El equipo CSIRO de Australia incluso diseñó sus robots para tomar decisiones cooperativas sobre qué tareas emprender. Por ejemplo, un robot que fuera demasiado grande para caber en un corredor podría notificar a otros robots que existía, de modo que un robot más pequeño pudiera explorar allí. Un robot que explore un área también podría dejar caer un nodo de comunicaciones para expandir el área de contacto. Un robot en lo profundo de una caverna podría transmitir información a un robot más cercano a la superficie, que podría regresar más rápidamente a un punto donde podría informar la información a los operadores humanos. Esto cambió la forma en que los humanos trabajaban con los robots: el operador humano usaba el sistema de control para establecer objetivos y dirigir la estrategia general, dejando que los robots evaluaran las condiciones en el terreno y eligieran cómo realizar el trabajo. [2] [3]
A principios de 2020, se esperaba que tres equipos compitieran lanzando rápidamente una pequeña carga útil de satélite a órbita, con una notificación mínima, desde dos sitios de lanzamiento diferentes (este requisito se relajó más tarde, cuando solo quedaba un competidor en el Desafío, para que el los lanzamientos deberían utilizar diferentes plataformas de lanzamiento, pero podrían utilizar el mismo sitio de lanzamiento [27] ), uno pocos días después del otro, para tener la oportunidad de ganar premios. Los premios del Reto son: Todos los equipos que califiquen para la competencia recibirían $400,000. Cada equipo que lleve a cabo con éxito un lanzamiento orbital recibe un premio de 2 millones de dólares y es elegible para intentar realizar un segundo lanzamiento en rápida sucesión. Se puntúan los segundos lanzamientos de los equipos (según la combinación de tiempo de lanzamiento, lanzamiento en masa y precisión orbital, etc.); el equipo ganador recibe $10 millones, el segundo premio es de $9 millones y el tercer premio de $8 millones. El grupo de sitios de lanzamiento para el Desafío originalmente constaba de 8 lugares de lanzamiento; [28] al final, sólo se utilizó el Complejo del Puerto Espacial del Pacífico – Alaska para un intento de lanzamiento.
El Desafío se anunció el 18 de abril de 2018, [29] y el 10 de abril de 2019, [30] se anunciaron tres equipos finalistas que intentarían lanzar cohetes: Virgin Orbit , Vector Launch y Astra (aunque en ese momento no se publicó que el tercer finalista fue Astra; la empresa fue referida únicamente como una "startup furtiva"). En otoño de 2019, tanto Vector como Virgin abandonaron la competencia, Vector por problemas financieros [31] y Virgin porque quería centrarse en otros clientes además de DARPA. [32] El último equipo restante, Astra, intentó lanzar su Astra Rocket 3.0 para el Desafío desde el Complejo del Puerto Espacial del Pacífico - Alaska a finales de febrero y principios de marzo de 2020, pero varios intentos de lanzamiento fueron cancelados debido a dificultades técnicas y climáticas. Dado que el único equipo que quedó en la competencia no pudo lanzar su cohete en el plazo establecido por DARPA, el Desafío se canceló el 2 de marzo de 2020 sin ningún ganador del Desafío de Lanzamiento de DARPA. El premio acumulado de 12 millones de dólares no fue reclamado. Ningún contendiente del DARPA Launch Challenge realizó ningún lanzamiento de cohete. [33]
Se ha publicado un artículo sobre tecnología y el código fuente para el componente de aprendizaje automático de visión por computadora de la entrada de Stanford de 2005. [34] [35]
Los equipos de Urban Challenge 2007 emplearon una variedad de diferentes combinaciones de software y hardware para interpretar los datos de los sensores, la planificación y la ejecución. Algunos ejemplos:
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