В детстве учителя считали Криса одаренным ребенком, что давало ему право посещать специальные занятия для таких же талантливых детей. Важной частью уроков были самостоятельные проекты. Преподаватели таких классов стимулировали учеников к участию в научных мероприятиях, известных как Олимпиады Разума, участникам которых предлагались нетрадиционные задачи. Как построить башню только из картонных трубочек от бумажных полотенец? Привести в движение игрушечный автомобиль при помощи мышеловки? Как сделать, чтобы яйцо, упав с большой высоты, осталось целым?
Приобретенный опыт в достаточной степени подготовил Урмсона к участию в национальных олимпиадах. В тот год, когда Урмсоны переехали из Виктории в Трентон, финал национальных соревнований проходил как раз в Виктории. Крису отчаянно хотелось повидать старых друзей, и поэтому он направил всю свою энергию на то, чтобы стать победителем на уровне города. Его работа «Поразительные последствия соударений» (Striking News About Impacts) позволяла предсказывать направление движения тел после столкновения. Он вышел победителем в Трентоне и обеспечил себе возможность съездить в Викторию бесплатно.
Всерьез увлекшись наукой, Урмсон предпринял следующий проект, одной из частей которого была разработка модели ионного двигателя. Проект назывался «Итак, ионный»[11]. Благодаря ему Крис не только отправился второй раз на общенациональную олимпиаду, но и занял второе место. В следующем году он выиграл не только серебро, но и четырехнедельную поездку в Институт Вейцмана в Израиле для изучения программирования. Затем Урмсон стал изучать вычислительную технику в Университете Манитобы, где одним из его проектов был робот, самостоятельно передвигавшийся по затемненному помещению в поисках наиболее ярких источников света.
На последнем курсе университета Крис буквально разрывался. С одной стороны, он мог пойти по пути, который нравится всем мамам, и поступить в медицинскую школу. Недостаток был всего один: его способность делать вещи своими руками, представлять себе сложные системы, а затем находить способ довести их до рабочего состояния в таком случае оказывалась невостребованной. Как-то раз, проходя по факультетскому корпусу, он обратил внимание на необычный плакат: транспортное средство, может быть, какой-то планетоход, забирается в кратер и выбирается из него. «Приходите к нам, становитесь в ряды робототехнической революции!» – гласил плакат, а чуть ниже шла информация о приеме в Университет Карнеги – Меллона. Плакат предлагал карьеру, основанную на том, что Урмсон делал всю свою жизнь. Олимпиады Разума. Национальные олимпиады. Он подал документы и на следующий год оказался в Питтсбурге.
В Университете Карнеги – Меллона наш герой встретил Реда Уиттакера, уже тогда слывшего легендой в среде специалистов по робототехнике и бывшего одним из самых известных создателей роботов в мире. Уиттакер родился в 1948 году, в 2003 году ему было уже 55, и он успел приобрести славу человека, который берется за проекты, считающиеся неосуществимыми в принципе. «Если на свете вообще есть человек, способный воплощать идеи в жизнь, это Ред Уиттакер», – отозвался о нем один из его коллег.
Возможно, в его генах был код, благодаря которому Уиттакер просто не слышал слово «невозможно». Во время Второй мировой войны его отец служил бомбардиром в ВВС, а затем стал продавать взрывчатку горнодобывающим компаниям. Его мама, преподаватель естественных наук в школе, была пилотом-любителем, причем однажды пролетела под мостом, а Уиттакер-младший при этом сидел рядом с нею в кабине. Отслужив два года в морской пехоте, Уиттакер поступил в Принстонский университет, получил диплом в области гражданского строительства, а затем поступил в аспирантуру в Карнеги – Меллон.
Уиттакер приобрел известность после частичного расплавления активной зоны реактора на станции Три-Майл-Айленд в 1979 году, самой серьезной аварии в истории американской атомной энергетики. В рамках ликвидации радиоактивного загрязнения нужно было проникнуть в фундамент реактора и измерить уровень излучения там. Исполнители потратили почти миллиард долларов на ликвидацию последствий аварии, но не смогли не то что попасть внутрь фундамента, но даже просто понять, как это сделать. Когда Уиттакер предложил государству свои услуги, чиновники рассудили, что терять им нечего. Идея Уиттакера состояла в следующем: радиоактивность не позволяет находиться внутри реактора людям, но у машины-то проблем не будет. И он создал трехколесный автомат с дистанционным управлением под названием Remote Reconnaissance Vehicle («машина дистанционной разведки»), получивший известность также как «Ровер». Машина успешно проникла в фундамент. А лучше всего было то, что программа обошлась всего в 1,5 млн долл., дешево с точки зрения государства.
С этого момента Урмсон стал специализироваться на роботах, предназначенных для тяжелых условий эксплуатации. Один из его аппаратов спускался в кратер вулкана. Другая причудливая конструкция, похожая на богомола, выполняла монтажные работы в космосе. Третья, созданная группой инженеров, в которую входил великолепный разработчик ПО из Германии Себастьян Трун, передвигалась в темноте заброшенных шахт, составляя карту выработок. В группе Уиттакера задачей Урмсона была разработка алгоритмов и программ, повышавших скорость автономного передвижения роботов.
По возвращении из Атакамы у Криса состоялся трудный разговор с его женой, Дженнифер. Урмсон хотел отложить работу над кандидатской диссертацией и сосредоточиться на соревнованиях DARPA вместе с Уиттакером. Среди их коллег по академической специальности состязания DARPA Grand Challenge были главной темой разговоров. Сначала в DARPA считали, что если им удастся получить двадцать заявок на участие, это будет большой удачей. Однако со временем набралось 106 претендентов, поэтому такой вариант, как НЕ принимать в них участия, Урмсон для себя даже не рассматривал. Кто мог сказать, какие великолепные открытия принесет этот проект? Кто мог сказать, что он потеряет, если решит остаться в стороне?
Крис договорился с Дженнифер, что будет участвовать всего в одном конкурсе. Они собирались отложить рождение детей до его завершения. Но судьба преподнесла им сюрприз: оказалось, что Дженнифер на тот момент уже была беременна. Эта новость стала для Урмсона еще большим стимулом к победе. В конце концов, это был лучший способ обеспечить себе хорошо оплачиваемую работу впоследствии.
Уиттакер прибег к необычному способу отбора людей в проектную группу, развесив по всему кампусу Карнеги – Меллона объявления о цикле семинарских занятий для выпускного курса. Тема была заявлена как «Разработка самоходного робота». Оценки по итогам не предполагалось: только зачет или незачет. Задание одно – разработать робота, который победит в первых гонках DARPA Grand Challenge. Кроме того, он разослал по электронной почте спонсорам и добровольцам письма, написанные в его фирменном грубоватом тоне: «Условия гонок превосходят возможности современных технологий, и многие полагают, что в этот раз денежный приз не достанется никому».
Если верить корреспонденту журнала Scientific American в Питтсбурге Уэйту Гиббсу, первую встречу проектной группы Уиттакер провел 30 апреля 2003 года в классе для семинаров в Карнеги – Меллоне. «Добро пожаловать на первую встречу Red Team[12], – начал Уиттакер, – я сделаю все, чтобы в следующем году привести вас к победе в Лас-Вегасе».
Собравшиеся в комнате мужчины и женщины представляли собой, наверное, самую пеструю группу, какую только можно было собрать в технических кругах Питтсбурга. Боб Биттнер в прошлом был военным инженером и прослужил шесть лет на подводных лодках. Спенсер Спайкер, отошедший от дел летчик-испытатель вертолетов, он получил образование в Вест-Пойнте как инженер-механик, имел в подчинении двести человек в бытность командиром роты, оставил военную службу, чтобы проводить больше времени с семьей, и оказался безработным после жестокого экономического кризиса. Спайкер вступил в группу Реда, потому что ему все равно больше нечем было заняться, и постепенно дослужился до штатного сотрудника. Майкл Кларк, передвигавшийся в инвалидном кресле, в прошлом был инженером НАСА, но для него настали тяжелые времена, и он вынужден был жить в своем автомобиле, практически не имея средств к существованию. Очевидно, многие увидели объявление Реда и были воодушевлены перспективой работы в таком проекте. «Я ничего не понимаю в компьютерах, но хотел бы записаться добровольцем», – сказал Мики Стратерс, почтальон, который пришел на первое занятие, потому что хотел участвовать в историческом проекте.
«О, новичок, – ухмыльнулся Уиттакер, пожимая ему руку. – Нам такие нужны».
Группа начала работу с мозгового штурма относительно того, какой тип транспортного средства выбрать. DARPA объявило, что гоночную трассу будет проектировать Сэл Фиш[13], компания которого обычно проводит состязания повышенной сложности на бездорожье, например «Баха 1000»[14]. Red Team исходила из предположения, что на трассе могут встретиться сухие русла рек, каньоны с высокими стенами, горные хребты, крупные камни, заросли полыни, отвесные скалы. Таким образом, робот должен быть способен либо преодолеть эти препятствия, либо обойти.
Никакая идея, даже самая сумасшедшая на первый взгляд, не отвергалась. Одним из первых вариантов был гигантский трицикл на двухметровых колесах. Рассматривалcя даже военный багги Chenowth, странно выглядящая приземистая конструкция на четырех больших колесах, любимая наемниками и боевиками. Среди других вариантов, рожденных в ходе мозгового штурма, были строительная техника, внедорожник и танк. Но в конце концов прагматический подход возобладал. Уиттакер представлял себе бюджет строительства робота – примерно 3,5 млн долл. После вычета расходов на оплату труда 725 000 долл. оставалось на сырье и материалы. Уиттакер носился по стране в поисках спонсоров. Деньги на проект дали Intel, Boeing и Caterpillar. Компания Google, в которой все видели только поисковую машину, выдала на нужды Red Team приблизительно 100 000 долл. после того, как Уиттакер посетил их штаб-квартиру в Маунтин-Вью, Калифорния, и встретился как с Ларри Пейджем, так и с Сергеем Брином. Но всех этих средств было определенно недостаточно, чтобы построить самый быстрый в мире автомобиль-робот. За некоторое время до описываемых событий Ред купил скотоводческое ранчо примерно в двух часах езды на восток от Питтсбурга, поскольку считал свой образ жизни слишком неподвижным и искал физической деятельности, чтобы упражнять мышцы, а не ум. В сентябре 2003 года, когда до назначенной даты гонок – марта 2004 года – оставалось совсем немного времени, Уиттакер наконец купил у соседа-фермера транспортное средство, которому суждено было превратиться в того самого робота.
Некоторых членов группы оно потрясло. Разве не должен беспилотный автомобиль быть красивым, сияющим и, наконец, выглядеть высокотехнологично? Добыча Реда олицетворяла противоположность понятию «высокие технологии»: американский армейский вседорожник Humvee M998[15], изрядно потрепанный к тому же. Никто не представлял себе его пробега – джип не был оснащен одометром. Тем не менее его продали по сходной цене – 18 000 долл. А главное, он был на ходу.
Уиттакер постоянно испытывал огромное давление. Десятки энтузиастов робототехники по всей стране активно работали над аппаратами для конкурса. На самом деле их оказалось так много, что DARPA стало требовать от каждого участника подать подробное и академически строгое описание используемого метода. Смысл этой идеи состоял в том, чтобы допустить до состязаний только серьезных участников. Среди них были и ученики выпускных классов, и инженеры, решившие в середине своей карьеры сменить поле деятельности. Некоторые пришли из шоу боевых роботов-гладиаторов BattleBots, где дистанционно управляемые роботы бились насмерть или, во всяком случае, до выхода из строя. Вне зависимости от того, откуда пришла та или иная команда, у всех была одна общая задача: обойти группу Реда Уиттакера. Отчего же команда Университета Карнеги – Меллона заняла особое место в сознании участников? Команда Уиттакера была самой многочисленной: в ней состояло тридцать человек. Ее финансовое обеспечение было одним из лучших. Кроме того, многие соперники считали, что в глазах DARPA именно она была фаворитом.
Стиль руководства Уиттакера состоял в том, чтобы довести до сотрудников суть проблемы, поставить перед ними сложные, но в то же время четко очерченные задачи, отмечающие этапы на пути к цели, а затем отойти в сторону. Потом он регулярно заходил к каждому из коллег, чтобы проверить статус задач, и энергично требовал их выполнения. Подобные встречи с сотрудниками могли носить довольно жесткий характер. Согласно статье в Wind, однажды Уиттакер провел аналогию между созданием роботов и строительством гигантских исторических памятников в долине Нила – в смысле потребности в рабочей силе. «Если строишь египетские пирамиды, нужны рабы», – сказал он. Что из этого следует? Рабами Уиттакера были его студенты. Один из них, Кевин Петерсон, впоследствии ставший руководителем разработки ПО, до того учился в Принстонской средней школе, где познакомился с доктором Энтони Бьянкозино, деспотичным преподавателем музыки, который отчасти послужил Дэмьену Шазеллу прототипом тирана-руководителя оркестра из его фильма 2015 года[16] «Одержимость». Петерсон мог продуктивно работать с Уиттакером, потому что успел познакомиться с подобным стилем работы в Принстоне, у «доктора Б.». «Их обоих окружала харизма, сообщавшая оттенок сверхценности и некоторой таинственности всему, что они делают, – вспоминал Петерсон. – Идея была в том, что, если ты хочешь работать у них, нужно очень постараться, чтобы тебя взяли. Тот и другой ставили перед собой по-настоящему большие и сложные задачи, и нужно было быть очень крутым, чтобы оказаться в команде. Забавно, что при этом как тот, так и другой могли взять на работу любого, кто обладал той же степенью целеустремленности, и сформировать из него работника в соответствии с собственными нуждами. Полная самоотдача в работе была важнее умений и навыков». Одной из любимых притч Уиттакера, служившей ему для мотивации сотрудников, была притча об инуитах, жителях Арктики, которым требовалось выбрать стратегию пропитания. «Что вы станете делать на их месте, – спрашивал Уиттакер, – пойдете поищете немного ягод и лишайника или убьете моржа, и тогда еды хватит на всю деревню?»
Иногда трудно было понять, что Уиттакер хочет сказать своими притчами. Петерсон понимал эту как историю о преодолении. Устроит ли тебя жизнь, которая будет обеспечивать тебя пропитанием, но не более того? Или ты из тех, кто готов бросить все силы на достижение по-настоящему масштабной цели?
Некоторые студенты покидали курс Уиттакера, поняв, что он требует большей отдачи, чем та, на которую они способны. Оставшиеся, по существу, бросали все прочие предметы и работали только на него. Петерсон был одним из оставшихся. Он свел к нулю все свои социальные контакты, перестал общаться с семьей. Даже практически перестал спать. Спустя несколько месяцев недосыпа он потерял сознание. К несчастью, это случилось как раз в тот момент, когда он спускался по лестнице. Удар головой, поездка в больницу – но через несколько дней он как ни в чем не бывало снова занимался проектом.
Работая с хорошо мотивированными, но не слишком опытными и к тому же хронически не высыпающимися сотрудниками, можно угодить в массу необычных ситуаций. Однажды утром Уиттакер и Урмсон пришли проверить, как идут дела у студентов, и увидели результат одного из таких приступов трудового энтузиазма, подогретого запредельным количеством кофеина: их сокровище, Humvee, лишился крыши. Один из студентов работал всю ночь и решил, что в салоне машины недостаточно места для компьютеров, аккумуляторов, приводов и прочих компонентов автопилота. Тогда он пошел, вооружился электрическим инструментом и перепилил поддерживающие крышу балки, превратив Humvee в своеобразный кабриолет.
Обычно Уиттакер поощрял подобную инициативу. Однако в данном случае ампутировать крышу не было необходимости. Даже если бы оборудование не вошло в салон, можно было бы снять сиденья или частично вынести его как раз на ту самую крышу. Теперь же машине был закрыт доступ на дороги общего пользования, и каждый раз, вывозя ее на открытое пространство для испытаний, приходилось делать это при помощи эвакуатора. Позорное начало карьеры для автомобиля-робота, главная задача которого – двигаться в режиме полной автономии!
Чтобы обеспечить Humvee автопилотом, Red Team, можно сказать, прибегла к обратному инжинирингу органов чувств, которые использует человек, когда ведет машину. Например, автомобилю нужны были глаза, чтобы видеть, – и группа поставила на него лидары[17] особого типа. Задачей лидара было измерять время, через которое луч света отразится от препятствия и вернется к приемнику. Повторяя эту операцию несколько раз в секунду, лидар мог построить очень приблизительную картину мира вокруг автомобиля.
Основной лидар позволял роботу замечать препятствие в 23 м от себя. Вспомогательные устройства сканировали пространство в радиусе 7 м от переднего среза корпуса машины. Стереокамера – еще один способ видеть окружающий мир. Эта специальная система обрабатывала стереоизображения, поступающие с двух камер. Однако и камеры, и лидар могли подвести, если требовалось «видеть» через обычное для пустынных дорог облако пыли. Чтобы дать машине органы чувств, которые не спасуют перед пылевым облаком, Red Team приобрела акустический радар.
Следующей задачей было непосредственно управление. Поставить ногу, чтобы та нажимала на педаль газа, или руку, чтобы крутить руль, было невозможно, поэтому их место заняли приводы. По существу, это были просто электромоторы: толкающие, крутящие и нажимающие, чтобы таким образом заставить автомобиль ускоряться, тормозить или поворачивать направо или налево.
