DARPAグランドチャレンジ

DARPAグランドチャレンジは、米国防総省の最も著名な研究機関である国防高等研究計画局が資金を提供する、アメリカの自律走行車の賞金付きコンテストです。連邦議会は、基礎的な発見と軍事利用のギャップを埋める革新的で利益率の高い研究を支援するというDARPAの使命を促進するために、DARPAに賞金を授与することを承認しました。^[1] 2004年の最初のDARPAグランドチャレンジは、限られた時間内にかなりのオフロードコースを完走できる初の完全自律走行地上車両を作成するために必要な技術の開発を促進するために作成されました。3番目のイベントである2007年のDARPAアーバンチャレンジでは、最初のチャレンジが模擬都市環境での自律操作にまで拡張されました。2012年のDARPAロボティクスチャレンジは、自律緊急メンテナンスロボットに焦点を当てており、新しいチャレンジがまだ考案されています。DARPAサブタレニアンチャレンジは、地下環境を自律的にマッピング、ナビゲート、および探索するロボットチームを構築することを課題としました。このようなチームは危険地域の探索や捜索救助に役立つ可能性がある。^{[2] [3]}

自律技術の課題に加えて、DARPA は他の技術分野で も賞を競うコンテストを行っています。

完全自律走行車は、日本（1977年開始）、ドイツ（エルンスト・ディックマンとVaMP）、イタリア（ARGOプロジェクト）、欧州連合（EUREKAプロメテウスプロジェクト）、アメリカ合衆国、その他の国々での取り組みにより、長年国際的な取り組みとなってきました。DARPAは、1966年にスタンフォード研究所（現在のSRIインターナショナル）のShakeyロボットプロジェクトから始まり、初の完全自律走行ロボットの開発に資金を提供しました。道路上とオフロードを走行できる初の自律地上車両は、1984年にDARPAの戦略コンピューティングイニシアチブの一環として開発され、Autonomous Land VehicleとNavlabによる自律ナビゲーションのデモンストレーションにつながりました。^[4]

グランドチャレンジは、世界初の無人運転車の長距離競技だった。無人運転車の分野での他の研究は、より伝統的な商業的または学術的なアプローチをとっている。米国議会は、ロボット開発を促進するために最初のグランドチャレンジにDARPAが賞金（100万ドル）を提供することを承認し、2015年までに地上軍の3分の1を自律的にすることを最終目標としている。2004年のイベントの後、 DARPAのディレクターであるトニー・テザー博士は、次回のイベントの賞金が200万ドルに増額されたことを発表し、2005年10月9日に請求された。2007年のアーバンチャレンジの1位、2位、3位には、それぞれ200万ドル、100万ドル、50万ドルが贈られた。2015年には14の新しいチームが出場権を獲得した。^[5]

このコンテストは、名簿に少なくとも 1 人の米国市民が含まれている限り、世界中のチームや組織が参加できます。高校、大学、企業、その他の組織からチームが参加しています。初年度には 100 を超えるチームが登録し、レースにさまざまな技術スキルをもたらしました。2 年目には、米国の 36州と海外 4 か国から 195 チームがレースに参加しました。

DARPAグランドチャレンジの第1回大会は、2004年3月13日にアメリカ合衆国のモハーベ砂漠地域で、カリフォルニア州バーストーのすぐ前からカリフォルニア州とネバダ州の州境を越えたプリムまでの州間高速道路15号線沿いの150マイル (240 km) のルートで開催されました。どのロボット車両もルートを完走できませんでした。カーネギーメロン大学のレッドチームとサンドストーム(改造されたハンビー) が最も長い距離を走行し、コースの11.78 km (7.32 mi) を完走しましたが、急カーブを曲がったところで岩に引っかかってしまいました。優勝者は発表されず、賞金も授与されませんでした。そのため、2回目のDARPAグランドチャレンジイベントは2005年に予定されました。

DARPA グランド チャレンジの 2 回目の競技は、2005 年 10 月 8 日午前 6 時 40 分に開始されました。2005 年のレースでは、23 台のファイナリストのうち 1 台を除く全車が、2004 年のレースで最優秀車が完走した 11.78 km (7.32 マイル) の距離を上回りました。5 台の車が 212 km (132 マイル) のコースを完走しました。

2005年のレースでは、車両は3つの狭いトンネルを通過し、100を超える急な左折と右折を経験した。レースは、片側が切り立った崖で反対側が岩壁になっている曲がりくねった山道、ビールボトルパスで終了した。^[6] 2004年のコースは、より多くの標高差が必要で、ルートの開始近くに非常に急なスイッチバック（ダゲットリッジ）が必要でしたが、コースは2005年のコースよりもカーブがはるかに少なく、全体的に道路が広くなりました。

スタンフォードとカーネギーメロンのチーム間の自然なライバル関係（スタンフォードチーム代表のセバスチャン・スラン氏は、以前カーネギーメロンの教員であり、カーネギーメロン大学チーム代表のレッド・ウィテカー氏の同僚だった）は、レース中にも繰り広げられた。スタンリーに追い抜かれる前に、ヘレンダーは機械的な問題に悩まされた。ニューオーリンズ郊外のこのチームは、レースのわずか数週間前にハリケーン・カトリーナに見舞われたため、グレイ・チームの出場はそれ自体が奇跡だった。5位に入ったオシュコシュ・トラックの3万ポンドのエントリーであるテラマックスは、2日目にゴールした。この巨大なトラックは、コース上で一晩中アイドリングしていたが、ビールボトルパスの狭い道を慎重に進んでいく際には特に機敏だった。

DARPAグランドチャレンジの第3回大会^[7]は「アーバンチャレンジ」として知られ、2007年11月3日にカリフォルニア州ビクタービルのジョージ空軍基地（現在は南カリフォルニア物流空港として使用されている）の跡地で開催されました（Googleマップ）。^[8]コースは96km（60マイル）の市街地コースで、6時間以内に完走する必要がありました。ルールには、他の交通や障害物と交渉しながらすべての交通規則を遵守し、交通に合流することが含まれていました。

以前のチャレンジとは異なり、2007年のアーバンチャレンジの主催者は、競技者を2つの「トラック」、AとBに分けました。トラックAとトラックBのチームはすべて同じ競技サーキットの一部でしたが、トラックAプログラムに選ばれたチームは100万ドルの資金を受け取りました。これらの11チームは、CMUとGMのチームであるTartan Racing、スタンフォード大学とフォルクスワーゲンのチーム、バージニア工科大学とTORC RoboticsのチームであるVictorTango、オシュコシュトラック、ハネウェル、レイセオン、カリフォルニア工科大学、オートノマスソリューションズ、コーネル大学、MITなど、主に主要な大学や大企業の利益を代表していました。トラックAの数少ない独立したエントリーの1つは、ゴーレムグループでした。DARPAは、トラックAチームの選択の背後にある理論的根拠を公式に説明していません。

チームには、競技コースを定義するウェイポイントを散在させて示した地図が渡された。少なくとも1つのチーム、タータン・レーシングは、ナビゲーションを改善するために、追加の推定ウェイポイントを挿入して地図を改良した。チーム・ジェファーソンが発行した報告書には、DARPAから提供されたコースマップとタータン・レーシングが使用したコースマップの対比が図解されている。^[9]

タータン・レーシングは、シボレー・タホの「ボス」で200万ドルの賞金を獲得した。2位で100万ドルの賞金を獲得したのは、2006年型フォルクスワーゲン・パサートの「ジュニア」でエントリーしたスタンフォード・レーシング・チームだった。3位はビクタータンゴチームで、2005年型フォード・エスケープ・ハイブリッドの「オーディン」で50万ドルの賞金を獲得した。^[10] MITは4位となり、コーネル大学とペンシルベニア大学/リーハイ大学もコースを完走した。

全コースを完走した6チーム:

2004年と2005年の大会は車両にとってより物理的に厳しいものでしたが、ロボットは単独で動作し、追い越しを試みるときにのみコース上で他の車両に遭遇しました。アーバンチャレンジでは、設計者は、コース上の他のロボットを検出して回避しながら、すべての交通法規を遵守できる車両を構築する必要がありました。これは、車両が他の車両の動作に基づいてリアルタイムで「インテリジェント」な決定を下す必要があるため、車両ソフトウェアにとって特に難しい課題です。車両間の相互作用がほとんどない高速道路の運転などの構造化された状況に焦点を当てた以前の自律走行車の取り組みとは別に、この競技はより雑然とした都市環境で動作し、4方向の停止交差点で優先権を維持するなど、車両同士の高度な相互作用を実行する必要がありました。^[16]

DARPAロボティクスチャレンジは、ヒューマノイドロボットに焦点を当てた継続的なコンテストです。このプログラムの主な目標は、危険で劣化した人間工学環境で複雑なタスクを実行するための地上ロボット機能を開発することです。^[17] 2012年10月に開始され、2013年6月にバーチャルロボティクスコンテストが開催されました。さらに2つのコンテストが計画されています。2013年12月のDRCトライアルと2014年12月のDRCファイナルです。

これまでのチャレンジとは異なり、「乗り物」の製作はロボティクスチャレンジの範囲には含まれません。2012年8月、DARPAはボストンダイナミクスがチャレンジで使用するロボットの唯一の供給元となり、PETMANプロジェクトに基づいてソフトウェアチームが使用する8台の同一ロボットを開発および製作する契約を同社に授与すると発表しました。^[18]契約金額は10,882,438ドルで、コストプラス固定料金契約であり、作業は2014年8月9日までに完了する予定です。^[19]

2013 年 4 月 22 日、DARPA は、高速適応型次世代地上車両(FANG) モビリティ/ドライブトレイン チャレンジの優勝者として、オハイオ州、テキサス州、カリフォルニア州のメンバーからなる 3 人チーム「Ground Systems」に 100 万ドルの賞金を授与しました。Team Ground Systems の最終設計提出物は、システム パフォーマンスと製造可能性に関する規定要件に照らして評価され、最高得点を獲得しました。2013 年 1 月 14 日に最初の FANG チャレンジが始まって以来、200 を超えるチームの 1,000 人を超える参加者が、テネシー州ナッシュビルのヴァンダービルト大学が開発したMETA設計ツールとVehicleFORGEコラボレーション プラットフォームを使用して、数千の潜在的なモビリティおよびドライブトレイン サブシステムの設計とパフォーマンスのシミュレーションを行いました。FANG プログラムの目標は、複雑な防衛システムの設計から製造までの時間を大幅に短縮するために作成された、特別に開発された META 設計ツール、モデル ライブラリ、および VehicleFORGE プラットフォームをテストすることです。^[20]

DARPA 地下チャレンジは、世界中の大学や企業で構成されるチームに、地下環境を自律的にマッピング、ナビゲート、探索するためのロボット システムと仮想ソリューションを構築することを課しました。地下環境は人間にとって困難で危険な場合があり、ロボット チームは探索や捜索救助活動に適した選択肢です。これらの環境は、照明不足、水滴、濃い煙、雑然とした環境や不規則な形状の環境、GPS 機能やハンドラーとの通信が失われる可能性など、ロボットにとっても大きな課題となります。このチャレンジは、自律性、知覚、ネットワーク、モビリティという 4 つの技術分野のギャップを埋めることを目的としていました。^{[2] [3] [21]}

このチャレンジは2018年9月に始まり、システム競技（チームが物理的なロボットで競う）とバーチャル競技（チームがROS Gazeboバーチャルシミュレーターのバーチャル環境で競う）で構成されていました。競技は3つのステージ（開発ステージ、サーキットステージ、決勝ステージ）に分かれていました。SubTチャレンジは4つのイベントで構成され、トンネルサーキット（2019年8月）はペンシルベニア州ピッツバーグの実験鉱山で開催されました。アーバンサーキット（2020年2月）はワシントン州エルマの廃原子力発電所を舞台に、洞窟サーキット（2020年11月）はCOVID-19パンデミックのためバーチャルのみで開催されました。そして、最終イベント（2021年9月）は3つのドメイン（トンネル、都市地下、自然洞窟ネットワーク）すべての要素^を

チームは11か国（オーストラリア、カナダ、チェコ共和国、イギリス、ドイツ、ノルウェー、韓国、スペイン、スウェーデン、スイス、アメリカ）と20の大学から参加した。2021年9月24日、チームCERBERUSは4つのANYmal C脚システムを使用して最終システムコンペティションで優勝した。オーストラリアの連邦科学産業研究機構（CSIRO）チームはチームCERBERUSに次ぐ2位となり、ポイントは同数だったが、タイムはわずかに遅かった。チームDynamoは最終バーチャルコンペティションで優勝した。^{[23] [24] [25] [26]}

重要な戦略の 1 つは、多様な機能を持つロボットのチームを構築することでした。トレッド、ホイール、ローター、脚などのナビゲーション機能を組み合わせることで、ロボットはさまざまな空間を移動できるようになりました。ロボットの種類によって機能は異なります。歩行ロボットは、階段や瓦礫の山などの不均一な地形に対応できます。ホイールまたはトレッドを備えたロボットは、大型バッテリーを含むより重いペイロードを運ぶことができ、より長時間稼働できます。「有袋類」は、バッテリー寿命が短い小型飛行ロボットを含む他のロボットを運ぶことができます。飛行ロボットは、広い空間やアクセスが困難な空間をマッピングするために戦略的に配置できます。ライト、レーダー、ソナー、熱画像などの多様な検出機器を使用することで、ロボットのチームとそのハンドラーは、空気と視界の状態に関する情報を収集し、より広範囲の状況に対応できます。^{[2] [3]}

状況によってはロボットとハンドラー間の通信が妨げられる可能性があるため、ある程度の自律性を備えたロボットを開発したチームは、複雑な地下空間のマッピングと探索という難しいタスクで最も成功を収めました。このようなロボットは、自力で探索し、その後、お互いおよびハンドラーと無線連絡を取り、発見したものに関する情報を交換することができます。オーストラリアの CSIRO チームは、ロボットがどのタスクを実行するかについて協力的に決定するように設計しました。たとえば、廊下に収まらないほど大きいロボットは、他のロボットに自分の存在を通知して、より小さなロボットがそこを探索できるようにします。また、エリアを探索しているロボットは、通信ノードをドロップして接触エリアを拡大することもできます。洞窟の奥深くにいるロボットは、地表に近いロボットに情報を中継し、そのロボットはより速く歩いて戻って、情報を人間のオペレーターに報告することができます。これにより、人間がロボットと協力する方法が変わりました。人間のオペレーターは制御システムを使用して目標を設定し、全体的な戦略を指示し、ロボットは地上の状況を評価して、仕事の完了方法を選択できます。^{[2] [3]}

2020年の初め、3チームが、最小限の通知で、2つの異なる発射場（この要件は後に、チャレンジの参加者が1人になったときに緩和され、打ち上げには異なる発射台を使用するが、同じ発射場を使用することが可能になった^[27]）から、わずか数日後に小型衛星ペイロードを迅速に軌道に乗せることで、賞金獲得のチャンスを競うことになっていた。チャレンジの賞金は以下のとおり。競技への参加資格を得たすべてのチームには40万ドルが贈られる。軌道への打ち上げを成功させた各チームには200万ドルの賞金が贈られ、立て続けに2回目の打ち上げに挑戦する資格が与えられる。チームの2回目の打ち上げは採点され（打ち上げ時間、打ち上げ質量、軌道精度などの組み合わせに基づき）、優勝チームには1,000万ドル、2位チームには900万ドル、3位チームには800万ドルが贈られる。チャレンジの発射場プールは、もともと8か所の発射場所で構成されていた。^[28]結局、打ち上げの試みには アラスカのパシフィック宇宙港複合施設のみが使用された。

このチャレンジは2018年4月18日に発表され、^[29] 2019年4月10日には、^[30]ロケット打ち上げに挑戦する3つのファイナリストチームが発表された：ヴァージン・オービット、ベクター・ローンチ、アストラ（ただし、当時は3番目のファイナリストがアストラであることは公表されておらず、同社は「ステルススタートアップ」とのみ呼ばれていた）。2019年秋、ベクターとヴァージンの両社が競争から脱落した。ベクターは財政問題のため^[31]、ヴァージンはDARPA以外の顧客に焦点を当てたかったためである。^[32]最後に残ったチームであるアストラは、 2020年2月下旬から3月上旬にかけて、アラスカ州パシフィック・スペースポート・コンプレックスからチャレンジ用のアストラ・ロケット3.0の打ち上げを試みたが、天候と技術的な問題により数回の打ち上げがすべて中止された。競争に残った唯一のチームがDARPAが設定した時間内にロケットを打ち上げることができなかったため、DARPA打ち上げチャレンジの優勝者が決まらず、2020年3月2日にチャレンジは中止となった。1200万ドルの賞金は未受領のままとなった。DARPA打ち上げチャレンジのどの出場者もロケット打ち上げを行わなかった。^[33]

2005年のスタンフォード大学エントリーのコンピュータビジョン機械学習コンポーネントの技術論文とソースコードが公開されました。^{[34] [35]}

2007 アーバン チャレンジ チームは、センサー データの解釈、計画、実行にさまざまなソフトウェアとハ​​ードウェアの組み合わせを採用しました。例をいくつか挙げます。

ウィキメディア・コモンズには、 DARPA グランドチャレンジに関連するメディアがあります。

• 公式サイト
  • 2007 グランドチャレンジのお知らせ ( PDF )
• DARPA サイバーグランドチャレンジ

• DARPAサイバーグランドチャレンジコンテストに関するフォーブスの記事
• DARPA サイバーグランドチャレンジコンテストに関する Engadget の記事