다르파 그랜드 챌린지

다르파 그랜드 챌린지

다르파 그랜드 챌린지(The DARPA Grand Challenge)는 미 국방성 최고위 연구기관인 국방고등기획국(Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA, 다르파) 후원의 무인자동차 경주대회이다. DARPA의 임무는 기초적 발견을 국가 안위의 보장에 사용할 수 있는 수준으로 연결시키는 혁명적이고 지대한 효과가 기대되는 연구를 후원하는 것이다. 미 의회의 허가를 얻어 DARPA는 임무를 진척시키기 위한 현상금 경주 대회를 개최하였다. 이 행사를 통해 DARPA는 최초로 실질적인 험로 구간을 제한된 시간 안에 주파할 수 있는 완전 자율주행지상차량을 창조하기 위한 기술을 확증하게 되었다. 그 세 번째 행사인 어번 챌린지(Urban Challange)는 2007년 11월 3일에 개최되어 웹을 통해 중계되었다. 이 경주에서는 모의 시가 주행 상황을 포함하는 진보된 차량기술이 실연되었다.

역사와 배경

완전 자율 주행 자동차를 실현하기 위해 국제적으로 여러 해 동안 수많은 노력이 일본(1977 이후), 독일(Ernst Dickmanns과 VaMP), 이탈리아(the ARGO Project), 유럽연합(EUREKA Prometheus Project), 미연방, 그리고 다른 여러나라에서 이루어졌다. 그랜드 챌린지는 세계최초의 무인자동차 장거리 대회였다. 무인자동차 분야에서 보다 전통적인 상업적 또는 학문적 접근 방식을 따르는 연구도 있었다. 2015년까지 지상군 병력의 1/3을 자동화한다는 궁극적인 목표를 향한 로봇 개발을 촉진하기 위해 미 의회는 DARPA에 첫 번째 그랜드 챌린지 상금 (1백만 달러)을 승인하였다. 2004년 행사 후, DARPA의 director인 토니 테더 박사(Dr. Tony Tether)는 2005년 10월 9일로 예정된 그 다음 행사 상금을 2백만 달러로 올린다고 발표하였다. 2007년 시가지 경주 어번 챌린지(Urban Challenge)의 1, 2, 3등은 각각 2백만 달러, 백만 달러, 50만 달러의 상금을 받았다. 대회는 전 세계에서 참가 팀을 모집하되, 팀별로 최소한 한사람의 미국 시민이 참여하는 것을 조건으로 삼았다. 고등학교, 대학교, 사업체, 그리고 다른 기관에서 참가팀이 구성되었다. 첫 해에는 100개 이상의 팀이 등록하여 다양한 기술적 능력을 선보였다. 두 번째 해에는 195개 팀이 미국 36개 주와 다른 4개국에서 참여하였다.

2004 그랜드 챌린지

DARPA 그랜드 챌린지첫 번째 행사는 2004년 개최되었다. 미국의 모하비(Mojave) 사막 지역 I-15번 고속도로의 캘리포니아주 바스토(Barstow)와 캘리포니아-네바다 주 경계의 프림(Primm)사이의 240 km(150 마일) 구간이었다. 경주에 나선 로봇 자동차 가운데 완주한 차량은 없었다. 카네기 멜론 대학교카네기 멜론대]](Carnegie Mellon University) 레드팀이 가장 먼 거리 11.78km(7.36 마일)을 주파하였다.

2005 그랜드 챌린지

DARPA Grand Challenge 두 번째 행사는 2005년 10월 8일 6:40am에 시작되었다. 최종 결승에 진출한 23대의 로봇 자동차들 가운데 한대를 제외하고는 모두 2004년 최장주행기록인 11.78 km를 돌파하였다. 다섯대의 차량이 완주하였다.

차량	팀 이름	팀 소재지	경과시간 (h:m)	결과
스탠리	스탠포드 경주팀	스탠포드대, 팔로 알토, 캘리포니아	6:54	우승
샌드스톰	레드 팀	카네기 멜론대, 피츠버그, 펜실베이니아	7:05	2위
하이랜더	레드팀 투		7:14	3위
캣-5	팀 그레이	그레이 보험 회사, 메타이어, 루이지애나	7:30	4위
테라맥스	팀 테라맥스	오쉬코쉬 트럭, 오쉬코쉬, 위스콘신	12:51	10시간 제한 초과 5위

2005년 경주코스에는 좁은 터널 3개와 100개 이상의 좌우회전 급커브가 있었다. 그 중 맥주병 구간(Beer Bottle Pass)이라는 곳은 꼬불꼬불한 산길로 길 양쪽은 낭떠러지였다. 2004년 경주 코스는 고도차가 더 컸고 시작점 부근에 매우 급한 전향구간 switch (Daggett Ridge)도 있었지만 (2005년에는) 커브가 훨씬 적었고 일반적으로 길폭도 더 넓었다. 자연스레 스탠포드와 카네기 멜런 사이의 경쟁이 경기 중 펼쳐졌다. 스탠포드팀 을 이끌고 있던 세바스찬 스런은 카네기 멜런의 교원이었고, 카네기 멜런 팀 수장 레드 휘태커의 동료였다. 기계적 문제로 하이랜더 H1ghlander가 지체되자 스탠리가 추월했다. 그레이 팀의 참가작은 그 자체로 기적이었다. 뉴올리언즈 시외에 자리잡았던 팀은 태풍 카트리나에 불과 몇주전 강타당했다. 네 번째로 마친 테라맥스는 13.6톤짜리 오쉬코쉬 트럭사 참가작으로 대회 시작 다음날 골인 했다. 거대한 트럭은 밤새경주 코스에서 공회전을 한 끝에 특별히 조심스러이 맥주병 구간의 좁은 길을 더듬어 통과했다.

2007 어번 챌린지

다르파 그랜드 챌린지의 세 번째 대회는 어번 챌린지로 2007년 11월 3일 폐쇄된 캘리포니아 빅터빌 소재 조지 공군기지(현재는 서던 캘리포니아 병참 공항)에서 열렸다. 경기 코스는 96km (60마일) 도시 구간으로 6시간 이내에 완주해야 했다. 포함된 규칙에는 모든 교통 규칙을 준수할 것, 다른 차량, 장애물, 그리고 합류하는 차량들 속에서도 안전하게 운전할 것이 있었다. 2백만불 수상팀은 타르탄 경주팀(Tartan Racing)으로 카네기 멜런대와 제네럴 모터스의 합작팀이었다. 차량은 보스 Boss로 셰비 타호 (Chevy Tahoe) 개조품이었다. 백만불 수상의 2등팀은 스탠포드 경주팀으로 차량 주니어로 참가했는데 2006년 폭스바겐 파삿 개조 차량이었다. 3위팀은 버지니아 공대 소속 빅터 탱고 (Victor Tango) 팀으로 50만불을 2005년 포드 이스케이프 하이브리드을 개조한 오딘으로 수상하였다. MIT가 4등이었고, 코넬대(Cornell University), 유펜(University of Pennsylvania), 리하이대(Lehigh University)도 완주했다.

버지니아 공대 팀의 로봇은 32번을 달았다. 2007/4/16일 교정 참사로 숨진 32명을 기리기 위해서였다. 2004년과 2005년 경주가 물리적으로 더 부담스러웠지만, 각 로봇 차량들은 모두 독립적으로 운행하였으며 다른 차량을 마주쳤을 때는 추월할 경우 뿐이었다. 어번 챌린지는 개발자들이 차량을 설계할 때 모든 교통 규칙을 지키면서 동시에 다른 차량을 검출하여 회피하도록 요구하였다. 이는 특히 차량 소프트웨어의 도전으로 차량이 지능적인 판단을 실시간으로 다른 차량의 거동을 바탕으로 내려야만 하기 때문이다. 이전의 차량 자동화 노력 그 촛점이 구조화된 상황, 즉 고속도로 주행 중 차량간 상호작용이 적은 경우에 맞추어진 반면, 이 경주는 임의의 시가지 환경에서 열렸고, 차량들이 서로 복잡한 상호작용할 것을 요구하였다. (예를 들어 4방향 일단 정지 교차로)

기술

2007 어번 챌린지 팀은 다양한 소프트웨어와 하드웨어 조합으로 센서 데이터를 해석하고, 계획을 세우고, 실행하였다. 예들 들자면:

• 코넬대 코드는 C++와 C#으로 씌여졌고 17대의 듀얼 코어 서버에서 실행되었다. 계획은 배이지안(Bayesian) 수학[조건부 확률론]을 이용하였다.
• 인사이트 경주팀은 맥 미니3에 리눅스를 탑재하여 사용했는데, 그 까닭은 DC전원과 비교적 적은 전력으로 작동하였고, 발열량도 적었기 때문이다.
• 캐이스 팀은 맥 미니에 윈도를 탑재하여 사용하였다.
• LUX 팀은 윈도 XP의 내장 Embedded 버전을 사용하였다.
• 제퍼슨 팀의 소프트웨어는 페론 로보틱스 Perrone Robotics의 맥스 Max 로봇공학 플랫폼을 선 마이크로 시스템즈 자바 RTS를 솔라리스 위에서, 자바 SE를 리눅스 위에서 자바 ME를 마이크로 콘트롤러와 선스팟 위에서 실행시켰다.
• 스팅 경주팀의 소프트웨어는 자바로 작성되어 리눅스에서 실행되었다.
• 빅터 탱고의 소프트웨어는 랩뷰로 작성되었고 윈도와 리눅스 서버에 분산 실행되었다.
• 개이터 내이션 팀의 구조는 C, C++, C#을 다양한 윈도와 페도라 시스템들 사이에 JAUS 통신규약으로 묶은 것이었다.
• MIT의 소프트웨어는 C로 작성되었고, 40개의 코어를 가진 리눅스 클러스터에서 실행되었다.
• 오스틴 로봇 기술사의 소프트웨어는 UT 오스틴 학부생들이 작성 개발하였다. 코드는 C++였는데 플레이어 프로젝트를 기반으로 사용하였다.
• 우승 팀인 타르탄 경주팀은 계층적 제어 시스템을 채용하였는데 임무 계획, 이동계획, 행동 생성, 인지, 세계 모델링, 그리고 메카트로닉스로 이루어졌다.

VaMP (1995) 와 DARPA 그랜드 챌린지(2005)의 비교

다섯대의 차량이 2005 다르파 그랜드 챌린지를 완주하였다: 스탠리, 샌드스톰, 하이랜더, 테라맥스, 그리고 캣-5. 이들과 이전의 VaMP 로봇 차량을 비교해 보는 것은 흥미있을 것이다. VaMP는 메르세데스 벤츠와 언스트 딕만스(Ernst Dickmanns)가 개발하였다. VaMP는 1990년대에 딕만스가 뮌헨의 분데스바르 대학에서 진행하던 기존 작업의 연장선상에서 개발되었다. 프로젝트는 10억$ 짜리 유레카 프로메테우스 프로젝트의 일부로서 자금 지원을 받았다. VaMP는 장애물이 움직이는 도로에서 주행할 수 있었고, 자동으로 더 느린 차량을 추월할 수 있었다; 다르파 2005 차량들은 불가능했다. 하이랜더는 스탠리가 추월할 때 정지해 있었다. VaMP는 최고 속력 180km/h (111 mph)을 기록했다. 다르파 2005에서는 최고 속력 80 km/h (50 mph)로 제한되었다. 1995년, VaMP는 158km 거리를 운전자 개입 없이 주행하여 덴마크 고속도로를 통과하였는데, 대부분의 운전자들은 110km/h 일반 속도 제한을 준수하였고 추월은 거의 필요가 없었다. VaMP 시스템의 결정은 안전 조종사에 의해 검증되었다. 여기서 언급된 158km는 수천 km의 시험 주행 가운데 가장 긴 자율 주행 구간이며, 시험 구간은 VaMP 팀이 선정하였다. 2005년 다르파 자동차들은 모두 212 km (132 마일) 을 운전자 개입 없이 그랜드 챌린지 주최측이 선정한 도로를 달렸다. VaMP는 대부분 쭉 뻗은 아우토반 구간을 달렸고 다르파 차량들은 다양한 경사의 먼지길에 좁고 급한 산길도 지났다. VaMP는 대부분 시각 센서 정보에 레이다 정보를 간간히 섞었지만 GPS는 없었다. 다르파 차량들은 GPS를 많이 사용하여 항상 한 지점에서 다음 지점으로 움직였다. 다르파 코스는 사전 연습 없이 달렸지만 주어진 통과지점이 거의 3000개에 달했고 곡선 구간 마다 몇 개씩 주어졌다. 다르파 차량들은 다른 센서 정보 즉 레이저 레이더 (LIDAR), 비디오 카메라, 관성 항법 장치 등을 사용하여 통과 지점 사이의 항법을 향상시켰는데, 경주로의 경계를 아는 것이 대체로 아우토반 보다 더 어려웠다. 깨끗이 정리된 길이 아니었기 때문이다. 아우토반의 경우, 도로 경계가 공학적으로 시각 구분이 쉽도록 만들어져 있었지만 때때로 트럭에 의해 가려졌다. VaMP의 컴퓨터 최고 속도는 다르파 차량에 쓰인 것들 보다 미 달러당 1000배 느렸다.

같이 보기

• DARPA