Que s’est-il passé au premier Grand Challenge de la DARPA, quand aucune voiture robot n’a terminé?

Le matin du samedi 13 mars 2004, quinze véhicules se sont alignés dans le désert près de Barstow, en Californie, sans personne au volant. Chacun devait se rendre par lui-même, selon un itinéraire secret, jusqu’à Primm, au Nevada, près de la frontière entre la Californie et le Nevada. À la fin de la journée, tous s’étaient écrasés, étaient tombés en panne, s’étaient égarés ou avaient été éteints. Le meilleur avait parcouru environ 7,4 milles.

C’était le premier Grand Challenge de la DARPA. La DARPA est l’agence de recherche du département de la Défense des États-Unis. Elle voulait accélérer la mise au point de véhicules terrestres autonomes, c’est-à-dire des véhicules qui perçoivent leur environnement et se dirigent eux-mêmes, parce qu’elle y voyait des usages militaires. Au lieu d’accorder un contrat de recherche, elle a annoncé une course publique assortie d’un prix de 1 million $ US.

Les règles de la course

La DARPA a lancé le défi en 2003; Wikipédia indique qu’il a été annoncé pour la première fois en 2002. Les règles étaient simples et strictes :

• Le véhicule devait se conduire lui-même sur tout le parcours, sans télécommande ni aide humaine une fois parti.
• Le parcours devait être terminé en moins de dix heures.
• L’itinéraire exact restait secret jusqu’à peu de temps avant le départ, moment où les équipes le recevaient sous forme de fichier de points de passage GPS, une liste de coordonnées cartographiques par lesquelles le véhicule devait passer.

Les sources donnent des longueurs légèrement différentes pour le parcours. Le compte rendu publié par l’équipe de Stanford indique 142 milles; Wikipédia décrit un itinéraire d’environ 150 milles qui suit l’Interstate 15. Quoi qu’il en soit, c’était un long trajet sur des chemins de terre, des lits de rivières asséchées et des cols de montagne.

Selon le compte rendu de Stanford, 107 équipes se sont inscrites. Avant la course, 21 équipes qualifiées ont dû parcourir un circuit d’obstacles d’un mille au California Speedway; sept l’ont terminé sans faute et huit autres ont fait assez bonne figure pour convaincre les juges, ce qui a donné quinze finalistes.

Ce qui s’est passé le jour de la course

Le rapport final de la DARPA, publié à 17 h ce jour-là, se lit comme une liste de petits désastres. En voici une sélection, classée selon la distance parcourue par chaque véhicule :

Plusieurs autres ont heurté un mur en quittant le couloir de départ, ont eu les freins bloqués ou se sont empêtrés dans du fil métallique. Deux équipes se sont retirées avant le départ. Wikipédia note que, trois heures après le début de la fenêtre de dix heures, seulement quatre véhicules roulaient encore.

Le vainqueur à la distance a été Sandstorm, le véhicule inscrit par la Red Team de l’Université Carnegie Mellon. Wikipédia donne sa distance comme 11,78 km (environ 7,3 milles) à un endroit et 7,4 milles à un autre; le rapport de la DARPA indique le mille 7,4. L’article de Stanford le dit plus crûment : aucun robot n’a parcouru plus de 5 % du trajet. La page de présentation de la DARPA l’a résumé en une ligne : aucune équipe n’a terminé l’itinéraire.

Pourquoi une course ratée a quand même compté

La course a été largement jugée comme un échec, et selon ses propres critères, elle l’était : personne n’a gagné. Mais la DARPA n’a pas annulé le concours. Elle a annoncé un deuxième Grand Challenge pour 2005 et a doublé le prix, à 2 millions $ US.

L’échec a été utile parce qu’il était si public et si précis. Chaque équipe pouvait voir exactement où son véhicule avait flanché, et tout le monde aussi. Le directeur adjoint du programme de la DARPA, Tom Strat, a fait remarquer que certains véhicules suivaient fidèlement leurs points de passage GPS, mais ne pouvaient pas percevoir les obstacles, alors que d’autres percevaient bien les obstacles, mais avaient du mal à rester sur l’itinéraire, ou voyaient des obstacles qui n’existaient pas. C’est un diagnostic précis du problème central.

Beaucoup d’équipes sont revenues. Lors de la deuxième course, en octobre 2005, tous les finalistes sauf un sur 23 sont allés plus loin que Sandstorm en 2004, et cinq véhicules ont terminé tout le parcours. Un peloton passé de 7,4 milles à plus de 130 milles en dix-neuf mois est le signe le plus clair de tout ce que la première course a enseigné.

Pourquoi traverser le désert était-il si difficile pour un ordinateur?

Parce que la conduite combine plusieurs problèmes difficiles qui doivent tous fonctionner en même temps. Une voiture robot doit savoir où elle est (la localisation), voir ce qu’il y a devant elle (la perception), choisir un trajet sûr (la planification) et tourner le volant et actionner les pédales avec précision (la commande). Les relevés GPS ne sont jamais parfaitement exacts, et sur une piste de montagne étroite, une petite erreur fait la différence entre un chemin de terre et un fossé.

La perception était la plus grande lacune. Pour un scanneur laser, un buisson, une roche, un creux dans la route et une ombre peuvent tous se ressembler, et un robot qui freine devant chaque ombre n’arrive jamais nulle part. Les équipes devaient aussi composer avec la poussière, les vibrations qui desserraient les fils et les capteurs qui sautaient à chaque soubresaut du véhicule. Les humains gèrent tout cela sans y penser, grâce à des années d’expérience.

La percée qui a suivi est venue en grande partie de l’apprentissage automatique : laisser le véhicule apprendre à partir de données à quoi ressemble un terrain carrossable, plutôt que de s’en remettre uniquement à des règles écrites par des ingénieurs. C’est cette approche qui a mené Stanford à la victoire lors de la course de 2005.