هل تنجح الروبوتات في استبدال السائقين البشريين؟

تقام مسابقة "التحدي الحضري" التي تنظمها وكالة مشاريع البحوث المتطورة الدفاعية (DARPA) كل عام منذ عام 2004. وفي المسابقة التي أقيمت في ديسمبر 2007، تحسنت المركبات الآلية بشكل ملحوظ، بل ومنحت مطوريها جوائز بملايين الدولارات

بقلم: إسرائيل بنياميني، مجلة "جاليليو".

وتتنقل السيارات الآلية في جميع أنحاء المدينة، جنبًا إلى جنب مع السيارات التي يقودها سائقون بشريون. إنهم يلتزمون بقوانين المرور وينقلون البضائع والركاب بأمان وراحة إلى وجهاتهم. وهذه رؤية سبق أن شاهدناها في أفلام الخيال العلمي، لكن هل هي بعيدة جداً عن إمكانيات التكنولوجيا الموجودة اليوم؟ اتضح لا.

في 3 نوفمبر 2007، أقيمت المرحلة النهائية من مسابقة "التحدي الحضري" في فيكتورفيل، كاليفورنيا. تم إجراء هذه المسابقة (الرابط في نهاية العمود) بواسطة DARPA، وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة بالولايات المتحدة، وهي الثالثة في سلسلة مسابقات المركبات الآلية. وفي المسابقة الأولى، عام 2004، لم تستوف أي مركبة شرط قطع مسافة حوالي 400 كيلومتر بين لوس أنجلوس ولاس فيغاس في أقل من عشر ساعات، بشكل مستقل تماما، دون أي جهاز تحكم عن بعد.

وفي المسابقة الثانية التي أقيمت عام 2005، تمكنت أربع مركبات (من أصل 23 مركبة بدأت المسار) من إنهاء المسار في الوقت المطلوب. وشمل المسار الطرق والممرات الترابية والمعابر عبر بوابات الأسوار والمنعطفات الحادة والأنفاق وغيرها من الصعوبات. من الممكن أن المركبات التي انحرفت ولو قليلاً عن المسار قد واجهت عوائق أو غرقت في الرمال التي لا يمكن عبورها. أما الفريق الذي وصل في أقصر وقت فهو فريق جامعة ستانفورد، وفاز بجائزة قدرها مليوني دولار.

بتشجيع من حقيقة أنه في المسابقة الثانية كان أداء جميع الفرق (باستثناء فريق واحد) أفضل من أفضل فريق في المسابقة الأولى، قررت DARPA تصميم تحدي أكثر صعوبة: القيادة في منطقة حضرية. لم تكن المنطقة مدينة حقيقية، بل كانت منطقة معدة خصيصًا للمنافسة داخل قاعدة مهجورة للقوات الجوية الأمريكية. وداخل هذه المنطقة، كان على المركبات أن تكمل مسارًا يبلغ طوله حوالي تسعين كيلومترًا خلال ست ساعات على الأكثر، وإيجاد أماكن لوقوف السيارات وركنها، وتجنب الاصطدام بجوانب الطريق أو المركبات الأخرى، والالتزام بقوانين المرور في كاليفورنيا.

تمكنت ثلاثة فرق من تلبية جميع المتطلبات، لذلك تم تحديد الفائز من خلال الوقت الذي استغرقه إكمال الرحلة. وصلت الروبوتات الثلاثة في غضون دقائق قليلة من بعضها البعض، ولكن بما أن السيارات انطلقت في أوقات مختلفة، وكانت هناك عوامل أخرى أثرت على الوقت المحسوب، كان على الفرق الانتظار حتى اليوم التالي لتلقي ملخصات الحكام. النتيجة النهائية: فاز الروبوت المسمى Boss، من فريق Tartan Racing (الرابط في نهاية العمود)، بالمركز الأول وجائزة قدرها مليوني دولار.

الاصطدام بالحركة البطيئة

لم تكن جميع الروبوتات ناجحة بنفس القدر، كما تم تسجيل الأخطاء والقيادة المتهورة، مثل الحادث الموضح أدناه، والذي وقع بعد ساعات قليلة من بدء السباق: روبوت سكاينيت (Skynet، كاسم شبكة الكمبيوتر القاتلة في (سلسلة أفلام "Terminator") دخلت دائرة مرورية عن طريق الدوران بشكل حاد قليلاً، وتوقفت بعد أن كادت أن تصطدم بحاجز الحماية على جانب الطريق. وبعد انتظار قصير، كما لو أن الروبوت قد توقف عن التفكير، عاد إلى الخلف، وتوقف، وتقدم للأمام مرة أخرى، وتوقف مرة أخرى.

في تلك اللحظة، وصلت مركبة أخرى - من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) - إلى نفس الدوار المروري، ولاحظت سكاينيت واقفة على جانب الطريق، وقررت إمكانية تجاوزها - تمامًا كما قررت سكاينيت التحرك مرة أخرى. وكان الاصطدام على سرعة منخفضة ولم يسبب أي أضرار.

وقام المشرفون البشريون "بتجميد" الروبوتين باستخدام أجهزة التحكم عن بعد الموجودة في كل روبوت، ثم أرسلوهما لمواصلة مهامهما - أولا سكاي نت ثم روبوت معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الذي أنهى المنافسة أخيرا في المركز الرابع. كانت هناك أيضًا بعض الثغرات في أنظمة القيادة الذاتية: حتى بوس لم يتمكن من الانطلاق في "اللقطة الافتتاحية" للمنافسة، عندما أدى التداخل الإلكتروني من شاشة تلفزيون ضخمة إلى منع استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الخاص به.

أعطت نجاحاته في المراحل السابقة من المنافسة للرئيس الحق في بدء السباق أولاً، لكن العطل جعله يحتل المركز العاشر، وخسر المزيد من الوقت عندما "علق" خلف الروبوتات الأبطأ. سيكون من المثير للاهتمام معرفة ما إذا كانت الروبوتات التالية ستتعلم البوق في مثل هذه الحالة.

وعلى الرغم من هذا والإخفاقات المماثلة، أشار مدير داربا الدكتور أنتوني تيثر إلى أن معظم الروبوتات تعمل وتتصرف بشكل صحيح. ويعد هذا إنجازًا مهمًا لـ DARPA، التي تهدف إلى تطوير القدرة العسكرية على تنفيذ المهام "الخطيرة أو القذرة أو المملة" بواسطة المركبات ذاتية القيادة. إن الجيش المجهز بمثل هذه القدرة سيوفر حماية أفضل لجنوده وسيكون قادرًا على استخدام موارده بشكل أكثر كفاءة. ومن خلال القيام بذلك، تتصرف DARPA وفقًا لأمر أصدره الكونجرس الأمريكي عام 2001، والذي يتطلب من الجيش الأمريكي أن يصل بحلول عام 2015 إلى وضع حيث ثلث المركبات الأرضية النشطة ستكون بدون طيار.

وتُستخدم هذه المركبات أيضًا على نطاق واسع في المناطق المبنية، مثل مهمات التوصيل. وكما نعلم، تتمتع المركبات ذاتية القيادة أيضًا بإمكانات مدنية كبيرة. وهذا الوضع ليس غريباً على وكالة مشاريع البحوث المتطورة الدفاعية (DARPA)، التي ساهمت مشاريعها السابقة بالفعل في إنشاء الإنترنت وأنظمة التشغيل الحديثة وتقنيات الذكاء الاصطناعي مثل فهم الكلام.

تشريح مركبة مستقلة

ينقسم برنامج Bose إلى ثلاثة مجالات رئيسية: الإدراك والتخطيط والسلوك. الغرض من هذا المفهوم هو بناء "صورة للموقف" مفصلة ودقيقة قدر الإمكان تصف موقع الروبوت واتجاهه وسرعته، بالإضافة إلى معلومات مماثلة حول موقع الأشياء الأخرى (المركبات والأسوار وما إلى ذلك) في العلاقة به. بعض هذه الأشياء "متوقعة"، أي معروفة مسبقاً للمركبة حسب خريطة المدينة المحملة في ذاكرتها، وبعض الأشياء غير متوقعة: عوائق وحواجز جديدة على الطريق، مركبات متوقفة، مركبات متحركة على الطريق، الخ.

لجمع المعلومات حول العالم، يستخدم الروبوت Boss، مثل معظم الروبوتات الأخرى التي شاركت في المسابقة، أكثر من عشرة أجهزة استشعار مختلفة: الليزر والرادارات والكاميرات، وبالطبع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الذي يستخدم لتحديد موقع السيارة. كل جهاز من أجهزة الاستشعار لديه "مجال خبرة" مختلف. على سبيل المثال، يُستخدم بعضها لتحديد الأجسام القريبة، وبعضها مناسب لتحديد الأجسام الأكثر بعدًا؛ لكن الجمع بين جميع أجهزة الاستشعار يجعل من الممكن تغطية الأخطاء والأعطال واستكمال المعلومات وتحسين الدقة.

لا يقتصر التحدي في نظام الإدراك على جمع المعلومات من أجهزة الاستشعار: في حين أن الكاميرات، على سبيل المثال، يمكنها فقط الإبلاغ عن شدة الضوء ولونه في كل نقطة من ملايين النقاط في مجال رؤيتها، فإن الغرض من ذلك جزء من البرنامج هو توفير معلومات مثل "السياج الموجود على اليمين يبعد 160 سم عن الجانب الأيمن للمركبة، ويقترب بمعدل حوالي 10 سم في الثانية؛ أمامنا مركبة تسير في نفس الطريق والاتجاه، ونحن نقترب منها بسرعة نسبية 10 كم/ساعة؛ على مسافة 130 مترًا أمامنا يوجد تقاطع مع طريق يصل إلى اليسار، ومن هذا الطريق تقترب مركبة من التقاطع بسرعة 25 كم/ساعة؛ هذه السيارة حاليا على بعد 70 مترا من التقاطع."

ولاستخراج مثل هذه المعلومات من نقاط الضوء واللون التي تنقلها الكاميرا، ومن دمجها مع المعلومات من أجهزة الليزر والرادارات وما إلى ذلك، هناك حاجة إلى برمجيات متقدمة تجمع بين قدرات الذكاء الاصطناعي في معالجة الصور والتعرف على الأنماط والاستدلال الاحتمالي لتحليلها. العثور على التفسير مع أعلى احتمال. وقد تحسنت هذه القدرات بسرعة في السنوات الأخيرة، وهي من بين الأسباب الرئيسية للتقدم المحرز منذ المسابقة الأولى في عام 2004.

يعمل نظام التخطيط وفقًا لتعريف المهمة: الوجهة التي يجب أن تصل إليها السيارة والإجراء، مثل ركن السيارة، الذي يجب القيام به عند الوصول إلى الوجهة. وفقًا للموقع الحالي وموقع الوجهة، من الممكن إنشاء "خطة عمل"، والتي قد تكون على مستوى عالٍ مشابهة لتخطيط المسار الذي يمكن الحصول عليه من أي برنامج ملاحي ("اذهب مباشرة لمسافة 200 متر" ثم انعطف يمينًا، وعند التقاطع الثالث انعطف يسارًا واستمر مسافة 830 مترًا أخرى حتى تصل إلى الوجهة").
وعلى عكس برامج الملاحة المألوفة، تملي خطة عمل الروبوت أيضًا تفاصيل إضافية، مثل السرعة لكل قسم من أجزاء السفر. يتم تحديد هذه السرعة وفقًا لقوانين القيادة في ولاية كاليفورنيا والسرعة القصوى المسموح بها في كل قسم، ووفقًا للمعلومات المتوفرة عن حالة الطريق والمرور. في المستوى الأدنى، تحتوي كل عملية من هذه العمليات على عمليات فرعية مطلوبة لتنفيذها، مثل تحديد مكان التقاطع عن بعد، والتوقف عند خط التوقف، وما إلى ذلك.

يختار نظام السلوك الإجراءات في كل لحظة وفقًا لمزيج من المعلومات الواردة من نظام الإدراك مع خطة العمل. إذا كان عليك الوصول إلى التقاطع والتوقف (وفقًا لقوانين المرور) ثم الانعطاف يمينًا، فسيقرر نظام السلوك متى تبطئ السرعة، ويتحقق مما إذا كانت هناك مركبة تقترب من التقاطع، ويقرر ما إذا كان مسموحًا وصحيحًا أم لا أدخل التقاطع. ويمكن للبرنامج أيضًا التعامل مع السلوك غير المتوقع لمركبة أخرى، مثل عدم التوقف عند إشارة التوقف أو الانعطاف المفاجئ. يطلق مهندسو المجموعة على هذه القدرة اسم "القيادة الدفاعية".

روبوت، من أعطاك الترخيص؟

تم إنشاء مجموعة Tartan Racing، التي قامت ببناء Robot Boss، بالتعاون بين جامعة كارنيجي ميلون في بيتسبرغ وشركة تصنيع السيارات GMC (اختصار لشركة جنرال موتورز). كما تلقت المجموعة الدعم من شركات أخرى، بما في ذلك شركات التكنولوجيا الفائقة مثل جوجل وإنتل وإتش بي، وشركات المركبات مثل كاتربيلر وشركة موبيل آي الإسرائيلية الرائدة في مجال تقنيات مساعدة السائق القائمة على الرؤية الحاسوبية. أما المجموعات المتنافسة الأخرى، والتي أكملت اثنتان منها على الأقل جميع المهام بنفس السرعة تقريبًا، فقد استخدمت تعاونًا مماثلاً بين المنظمات الأكاديمية والشركات التجارية.

من السهل رؤية الإمكانات الكبيرة للقدرات التي أظهرتها المركبات التي شاركت في المنافسة، وليس فقط في ساحة المعركة المستقبلية. يمكن للبرمجيات أن تتفاعل بشكل أسرع بكثير من السائق البشري، الذي يحتاج إلى أعشار من الثانية الثمينة للتعرف على موقف خطير وعُشر ثانية أخرى ليقرر كيفية التصرف وتنفيذ القرار. كما أن البرنامج لا يتعب أو ينام، ويمكنه استرداد المعلومات حول حالة الطريق وإشارات الطريق (حتى لو سقطت أو كانت مخفية) من شبكة الاتصالات. كما تعلم، حتى لو لم يكن الكمبيوتر موثوقًا بدرجة كافية للقيادة بنفسه، فمن الممكن البدء بمساعدة محوسبة للسائق. تتوفر هذه الأجهزة بالفعل اليوم في نماذج معينة من السيارات الجديدة، أو للتركيب في السيارات الحالية.

ما الذي ينقصنا أيضًا لجلب "السائق الأوتوماتيكي" إلى الاستخدام الشامل؟ مسابقة DARPA هي مجرد واحدة من مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأبحاث والتطوير حول العالم، والتي تهدف إلى تحسين الحلول التي تم تقديمها بالفعل وإضافة القدرات ومواصلة التجارب لمعرفة ما إذا كان هناك المزيد من التحديات والمشكلات التي واجهتها التجارب لم تواجه حتى الآن.

يعارض البعض بشدة مشروع DARPA والتعاون الأكاديمي معه، لأنهم يرون خطرًا حقيقيًا في تطوير المركبات العسكرية ذاتية القيادة. ومن ادعاءاتهم: إذا لم يتمكن العدو من مهاجمة الجنود في ساحة المعركة، فسيكون ذلك حافزاً له لمهاجمة المدنيين بطرق إرهابية؛ ومن ناحية أخرى، فإن القدرة على خوض المعركة دون تعريض الجنود للخطر سوف تسمح للقادة باتخاذ قرارات متسرعة بشأن التدابير العسكرية، الأمر الذي سيؤدي في نهاية المطاف إلى خسارة العديد من الأرواح على الجانبين.

الدكتور تيتر، مدير DARPA، لا يتفق مع هذا الرأي. إنه راضٍ جدًا عن النتائج، وفي رأيه أن التطوير قريب بالفعل من النقطة التي سيتم فيها نقله إلى كيانات أخرى: "DARPA هي منظمة مثيرة للاهتمام. نحن لا ننهي المهمة أبدا. ما نقوم به هو إظهار أنه قابل للتنفيذ. لقد أزلنا العذر التكنولوجي، إلى الحد الذي لم يعد من الممكن معه القول: "إن هذه فكرة مثيرة للاهتمام للغاية، ولكنك تعلم أنه من المستحيل تنفيذها".

أعتقد أننا اقتربنا من هذه النقطة، وحان الوقت لترويج هذه التكنولوجيا من قبل شخص آخر." لا يمكن أن نستنتج من هذه الأمور أن اليوم الذي سنقود فيه جميعًا سيارات تقود نفسها هو قريب، ولكن في المنافسة الموصوفة هنا ثبت أن القيود التكنولوجية لم تعد عائقًا لا يمكن التغلب عليه. ولذلك فإن هذا اليوم، حتى لو لم يكن قريبًا حقًا، فهو أقرب مما نجرؤ على تخيله.

يعمل Israel Binyamini في ClickSoftware لتطوير أساليب التحسين المتقدمة. تم نشر المقال في مجلة جاليليو.