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  Roboterrallye durch die Wüste: "Stanley" siegte mit schlanker Software

Roboterrallye durch die Wüste "Stanley" siegte mit schlanker Software

Von Steffan Heuer

2. Teil: Weiter im zweiten Teil: Die verblüffend simple Technik des Siegermobils

"Die größte Herausforderung besteht darin, den ganzen Informationsfluss aus elektronischen Sensoren, Software und Fahrzeug zu integrieren", sagte Sensor-Experte Chris Urmson bei einem Besuch im Trainingslager bei Carson City. Im Inneren der beiden Hummer verarbeiteten je sieben Pentium-M-Prozessoren und drei PC/104-Module rund fünf Megabyte an Rohdaten, die die Sensoren jede Sekunde lieferten.

Im Fluss der Daten

Insgesamt verwenden die Pittsburgher Roboter rund 80 Softwaremodule, schätzt Urmson, davon nur eine Hand voll außerhalb der Fahrzeuge, um die Route zu planen. Die für Linux programmierte Software in jedem Hummer umfasst anderthalb Millionen Zeilen Code.

Ungleich schlanker die Elektronik in Stanfords Touareg. In dem Geländewagen fanden vier Passagiere Platz. Während der Trainingsläufe bei Phoenix, Arizona, nahmen oft Thrun oder Montemerlo auf dem Rücksitz Platz und verfolgten auf einem Laptop, was das Navigationssystem bei seiner Fahrt zwischen Kakteen, Viehgattern und Gesteinsbrocken sah. Fünf Sick-Laser signalisierten dem Fahrzeug, wie schnell es von GPS-Punkt zu GPS-Punkt fahren konnte.

Im Kofferraum des Fahrzeugs liefen sechs Pentium-M-Motherboards. "Wir versuchten von vornherein, so viele Komponenten von der Stange wie möglich zu verwenden, anstatt alle selber zu bauen", erklärt Montemerlo am letzten Trainingstag in Arizona.

Vergleichsweise simpel auch die Routenplanung: Stanfords Robotikexperten nahmen die DARPA-Wegpunkte und ließen sie durch ein Optimierungsprogramm laufen. "Das ist in weniger als zehn Minuten getan, und wir schauen noch mal drauf."

Das mag erklären, wieso das Siegerteam mit einem Budget von rund einer halben Million Dollar zu Rande kam - vom Marketing-Etat der großen Sponsoren Volkswagen und des Venture-Capital-Hauses Mohr Davidow einmal abgesehen.

Auch der autonome VW läuft auf Linux, kommt aber mit gerade einmal 31 Softwaremodulen aus, die knapp 100.000 Programmierzeilen in Anspruch nehmen. Selbst beim Datenfluss nimmt sich das Stanford-Modell schlanker aus: Rund 250 Megabyte Sensordaten pro Stunde liefen auf, solange Thrun und Montemerlo die Kamera nicht zuschalteten. Dann strömte ein weiteres Gigabyte pro fünf Minuten auf das System ein.

Ein wichtiger Unterschied ist die Verwendung bestehender topografischer Daten. Das CMU-Team fuhr diesen Winter viele der möglichen Strecken in der Mojave-Wüste ab, sammelte Sensordaten des Terrains für rund 3200 Kilometer und ließ sie in sein Navigationsprogramm einfließen. Stanford testete zwar im selben Gebiet, setzte hingegen für die Navigation rein auf GPS-Daten und die während des Fahrens in Echtzeit gesammelten Messungen. Dafür brachte Thrun "Stanley" in mehreren Monaten Testfahrten bei, vom Verhalten eines menschlichen Fahrers zu lernen.

Wenn ein Korridor von zwei bis drei Metern Breite gut befahrbar ist - vom Menschen leicht als Piste erkannt -, dann lernt die Software, vor sich ebenso flachen Grund zu erwarten und an den Seiten relativ unbefahrbares Terrain, das besser zu meiden ist. Dank dieses Maschinen-Lernprogramms sank die Fehlerquote bei der Interpretation der Laserdaten von 12 Prozent auf 0,02 Prozent unmittelbar vor dem Rennen, erklärt Thrun.

Die bessere Navigation ermöglichte dem Stanford-Roboter beim Rennen in der Ebene wie in haarigen Kurven eine höhere Durchschnittsgeschwindigkeit (30,7 km/h) als den CMU-Hummern (29,9 bzw. 29,3 km/h) und brachte letztlich den Sieg.

Der Ausgang des Rennens verärgerte Whittaker sichtlich, als er sich Arm in Arm mit Thrun der Presse stellen musste. "Wir waren nicht so schnell, wie wir geplant hatten. Wieso das so war, müssen wir erst noch genau analysieren", raunzte der Robotik-Veteran aus Pittsburgh die Reporter an.

Der Grand-Challenge-Sieg ist jedoch nur die halbe Wahrheit. Bei der nun anstehenden Kommerzialisierung haben Whittakers Forscher und ihre Sponsoren beste Chancen, da sie bereits dick im Rüstungsgeschäft sind. Boeing und SAIC sind so genannte Lead-Systemintegratoren für die Future Combat Systems. DARPA und die US-Armee haben beiden Firmen damit die Aufgabe zugewiesen, das gesamte Projekt zu managen, von dessen 18 Systemen die unbemannten Bodenfahrzeuge nur einen Teilbereich mit etwa einem Zehntel des Etats ausmachen. In zwei Tranchen wurde den beiden Firmen ein Etat von bislang rund 21 Milliarden Dollar zugewiesen, mit dem sie Subunternehmen anheuern können. Whittakers CMU-Robotikinstitut ist zudem Entwicklungspartner für Navigation bei einem Konsortium General Dynamics und Lockheed Martin, das Militäraufträge in Höhe von 385 Millionen Dollar bekommen hat.

Für Sieger Sebastian Thrun und seine Sponsoren vom VW Electronics Research Lab in Palo Alto steht allerdings klar die friedliche Nutzung im Vordergrund. "Diese Technik wird Leben retten, da sie Autofahren sicherer macht", meint Thrun. "In 50 Jahren wird es Autos geben, die selbstständig fahren. Einfachere Dinge wie selber einzuparken oder vor einer Kollision zu bremsen, also Fahrer-Assistenzsysteme, werden früher auf den Markt kommen."

Das bekräftigt auch Ingenieur Cedric Dupont. Er half, das VW-Entwicklungslabor mit Stanford in Kontakt zu bringen und war maßgeblich für den Umbau des aus Deutschland eingeflogenen Touareg verantwortlich. "Was wir hier gelernt haben, wird dazu dienen, mehr Intelligenz in kommende Generationen von Autos einzubauen."

Neben den technischen Herausforderungen, die in den kommenden Jahren zu lösen sind, sieht Thrun jedoch zwei Hürden, denen mit künstlicher Intelligenz und Sensoren nicht beizukommen ist. Grundlegende rechtliche und gesellschaftliche Umdenkprozesse seien nötig, um beispielsweise Spuren auf dem Highway für Roboterautos freizuschalten, ohne Angst vor den in Amerika üblichen horrenden Haftungsklagen zu haben. "Sonst", schwant es dem Professor, der kurz vor dem Rennen seine US-Staatsbürgerschaft erhielt, "wird jeder Unfall auf einen Softwarefehler geschoben."

Steffan Heuer ist US-Korrespondent der deutschen Ausgabe von "Technology Review". Normalerweise zieht er das Klima von San Francisco dem Wüstenwind vor.

© Technology Review, Heise Zeitschriften Verlag, Hannover