Autonome Autorennen stärken die KI für sicherere selbstfahrende Autos

Der Reiz des Autorennens entsteht durch sekundenschnelle Entscheidungen und waghalsige Überholmanöver furchtloser Fahrer.

Stellen Sie sich diese Szene vor, aber ohne den Fahrer – das Auto allein, gesteuert von der unsichtbaren Hand künstlicher Intelligenz. Kann sich der Rennsturm entfalten, ohne dass ein Fahrer die Strecke steuert? Es stellt sich heraus, dass es möglich ist.

Steigen Sie in den autonomen Rennsport ein, ein Bereich, in dem es nicht nur um Hochgeschwindigkeitswettbewerbe geht, sondern auch darum, die Grenzen dessen, was autonome Fahrzeuge erreichen können, zu verschieben und ihre Sicherheit zu verbessern.

Vor über einem Jahrhundert, zu Beginn des Automobils, als die Gesellschaft von Pferden auf motorbetriebene Fahrzeuge umstieg, gab es öffentliche Zweifel an der Sicherheit und Zuverlässigkeit der neuen Technologie.

Um die technische Leistungsfähigkeit und Sicherheit dieser pferdelosen Kutschen zu demonstrieren, wurden Motorsportrennen organisiert.

In ähnlicher Weise ist der autonome Rennsport die moderne Arena, um die Zuverlässigkeit der autonomen Fahrzeugtechnologie unter Beweis zu stellen, da fahrerlose Autos auf die Straße kommen.

Die Hochgeschwindigkeitsversuche des autonomen Rennsports spiegeln die realen Herausforderungen wider, denen autonome Fahrzeuge auf der Straße gegenüberstehen: Sie müssen sich an unerwartete Veränderungen anpassen und in Sekundenbruchteilen reagieren.

Die Bewältigung dieser Herausforderungen auf der Rennstrecke, wo die Geschwindigkeiten höher und die Reaktionszeiten kürzer sind, führt zu sichereren autonomen Fahrzeugen auf der Straße.

Ich bin Informatikprofessor, der sich mit künstlicher Intelligenz, Robotik und autonomen Fahrzeugen beschäftigt, und ich leite das Cavalier Autonomous Racing-Team an der University of Virginia.

Das Team nimmt an der Indy Autonomous Challenge teil, einem globalen Wettbewerb, bei dem Universitäten völlig autonome Indy-Rennwagen gegeneinander antreten lassen.

Seit ihrer Einführung im Jahr 2021 lockt die Veranstaltung internationale Spitzenteams auf prestigeträchtige Rennstrecken wie den Indianapolis Motor Speedway.

Das sowohl von Rivalität als auch von Teamarbeit geprägte Feld zeigt, dass kollektive Problemlösungen Fortschritte bei der Sicherheit autonomer Fahrzeuge vorantreiben.

Beim Bestehenswettbewerb Indy Autonomous Challenge, der im Januar 2024 auf der Consumer Electronics Show 2024 in Las Vegas stattfand.

Unser Cavalier-Team sicherte sich den zweiten Platz und erreichte eine Geschwindigkeit von 143 Meilen pro Stunde (230 Kilometer pro Stunde), während es autonom einen anderen Rennwagen überholte, und bestätigte damit seinen Status als führendes amerikanisches Team.

TUM Autonomous Motorsport von der Technischen Universität München gewann die Veranstaltung.

Kleine Anfänge

Der Bereich des autonomen Rennsports begann nicht mit Rennwagen auf professionellen Rennstrecken, sondern mit Miniaturautos auf Robotikkonferenzen. Im Jahr 2015 konstruierten meine Kollegen und ich einen autonomen Rennwagen im Maßstab 1:10.

Wir verwandelten ein ferngesteuertes Auto in ein kleines, aber leistungsstarkes Forschungs- und Bildungsgerät, das ich F1tenth nannte, in Anlehnung an den Namen des traditionellen Formel-1-Rennwagens.

Die F1tenth-Plattform wird mittlerweile von über 70 Institutionen weltweit zum Bau ihrer miniaturisierten autonomen Rennfahrzeuge genutzt.

Der F1tenth Autonomous Racing Grand Prix ist mittlerweile ein fester Bestandteil von Robotik-Konferenzen, bei denen Teams aus der ganzen Welt zusammenkommen, wobei jedes Fahrzeug identische Hardware und Sensoren aufweist, um sich an einem im Wesentlichen intensiven „Kampf der Algorithmen“ zu beteiligen.

Der Sieg auf der Rennstrecke wird nicht durch pure Leistung, sondern durch die Steuerung der Autos durch fortschrittliche KI-Algorithmen errungen.

F1tenth hat sich auch zu einem attraktiven und leicht zugänglichen Zugang für Studenten entwickelt, um in die Robotikforschung einzutauchen.

Im Laufe der Jahre habe ich über meine Kurse und Online-Vorlesungsreihen Tausende von Studenten erreicht, die den Prozess erklären, wie man diese Fahrzeuge baut, fährt und autonom Rennen fährt.

Real werden

Heute hat sich der Umfang unserer Forschung erheblich erweitert und ist von Kleinmodellen zu echten autonomen Indy-Autos übergegangen, die mit Geschwindigkeiten von über 150 Meilen pro Stunde (241 km/h) konkurrieren und komplexe Überholmanöver mit anderen autonomen Fahrzeugen auf der Rennstrecke ausführen.

Die Autos basieren auf einer modifizierten Version des Indy NXT-Chassis und sind mit Sensoren und Controllern ausgestattet, um autonomes Fahren zu ermöglichen.

Indy NXT-Rennwagen werden im professionellen Rennsport eingesetzt und sind etwas kleinere Versionen der Indy-Autos, die durch das Indianapolis 500 berühmt wurden.

Die schwierige Realität, diese fortschrittlichen Maschinen auf echten Rennstrecken zu fahren, verschiebt die Grenzen dessen, was autonome Fahrzeuge leisten können.

Autonomer Rennsport hebt die Herausforderungen von Robotik und KI auf ein neues Niveau und erfordert von den Forschern, unser Verständnis darüber zu verfeinern, wie Maschinen ihre Umgebung wahrnehmen, sichere Entscheidungen treffen und komplexe Manöver mit hoher Geschwindigkeit steuern, bei der traditionelle Methoden ins Stocken geraten.

Präzision ist von entscheidender Bedeutung, und die Fehlertoleranz bei Lenkung und Beschleunigung ist hauchdünn, was ein ausgefeiltes Verständnis und eine genaue mathematische Beschreibung der Bewegung, Aerodynamik und des Antriebsstrangsystems des Fahrzeugs erfordert.

Darüber hinaus entwickeln autonome Rennforscher Algorithmen, die Daten von Kameras, Radar und Lidar nutzen, das einem Radar ähnelt, aber mit Lasern anstelle von Radiowellen, um Konkurrenten zu umgehen und sicher durch die schnelle und unvorhersehbare Rennumgebung zu navigieren.

Mein Team hat den weltweit ersten offenen Datensatz für autonome Rennen geteilt und Forscher auf der ganzen Welt eingeladen, gemeinsam an der Verfeinerung der Algorithmen zu arbeiten, die dabei helfen könnten, die Zukunft autonomer Fahrzeuge zu definieren.

Schmelztiegel für autonome Fahrzeuge

Autonomer Rennsport ist mehr als nur ein technologisches Schaufenster, er ist ein entscheidender Forschungsschwerpunkt. Wenn autonome Systeme unter diesen extremen Bedingungen zuverlässig funktionieren können, verfügen sie von Natur aus über einen Puffer für den Einsatz unter normalen Bedingungen des Straßenverkehrs.

Autonomer Rennsport ist ein Testfeld, in dem Wettbewerb Innovationen antreibt, Zusammenarbeit Wachstum fördert und KI-gesteuerte Autos, die bis zur Ziellinie rasen, den Weg zu sichereren autonomen Fahrzeugen weisen.

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Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel wurde von Madhur Behl, außerordentlicher Professor für Robotik und künstliche Intelligenz an der University of Virginia, verfasst und von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.