نافلاب

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
نماذج نافلاب من 1 (الأبعد) إلى 5 (الأمام). أكملت نافلاب 5 أول رحلة من الساحل إلى الساحل بنسبة استقلالية بلغت 98.2%. طُوّرت جميع المركبات الخمس في جامعة كارنيجي ميلون، بين عامي 1984 و1995.

نافلاب هي سلسلة من المركبات ذاتية القيادة وشبه ذاتية القيادة، طورتها فرق من معهد الروبوتات في كلية علوم الحاسوب بجامعة كارنيجي ميلون . أُنتجت النماذج اللاحقة تحت إشراف قسم جديد أُنشئ خصيصًا لهذا البحث، يُسمى "مختبر الملاحة بجامعة كارنيجي ميلون". [ 1 ] ومن الجدير بالذكر أن نافلاب 5 قد قادت نفسها بنفسها تقريبًا طوال الطريق من بيتسبرغ إلى سان دييغو.

تاريخ

بدأت الأبحاث حول المركبات التي يتم التحكم فيها بواسطة الحاسوب في جامعة كارنيجي ميلون عام 1984 [ 1 ] كجزء من مبادرة الحوسبة الاستراتيجية التابعة لوكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA) [ 2 ]  ، وبدأ إنتاج أول مركبة، Navlab 1، عام 1986. [ 3 ] [ 4 ] احترقت Navlab 1 عام 1989 عندما تسرب سائل من نظام التكييف على أجهزة الحاسوب. [ 5 ]

التطبيقات

صُممت المركبات في سلسلة نافلاب لأغراض متنوعة، منها: "  الاستطلاع على الطرق الوعرة، والطرق السريعة الآلية، ومنع الاصطدامات عند الخروج عن الطريق، ومساعدة السائق على المناورة في بيئات المدن المزدحمة. ويشمل عملنا الحالي اكتشاف المشاة، والاستشعار المحيطي، والاستشعار قصير المدى للتحكم في المركبة." [ 6 ]

تم تطوير عدة أنواع من المركبات، بما في ذلك "...  السيارات الآلية، والشاحنات الصغيرة، وسيارات الدفع الرباعي، والحافلات." [ 1 ]

المركبات

قام المعهد بتصنيع مركبات تحمل التسميات من Navlab 1 إلى Navlab 11. [ 6 ] كانت هذه المركبات في الغالب شبه ذاتية القيادة، على الرغم من أن بعضها كان ذاتي القيادة بالكامل ولا يتطلب أي تدخل بشري. [ 6 ]

تم بناء مختبر الملاحة 1 (Navlab 1) عام 1986 باستخدام شاحنة نقل من طراز شيفروليه . [ 3 ] احتوت الشاحنة على 5 رفوف من أجهزة الكمبيوتر، بما في ذلك 3 محطات عمل من طراز صن، وأجهزة فيديو، وجهاز استقبال GPS، وحاسوب فائق من طراز وارب . [ 3 ] كان للحاسوب قدرة معالجة تبلغ 100 ميجا فلوب/ثانية، بحجم ثلاجة، ومولد كهربائي محمول بقدرة 5 كيلوواط . [ 7 ] عانت المركبة من قيود برمجية، ولم تكن تعمل بكامل طاقتها حتى أواخر الثمانينيات، عندما بلغت سرعتها القصوى 20 ميلاً في الساعة (32 كم/ساعة) . [ 3 ]   

تم بناء مختبر الملاحة 2 (Navlab 2) عام 1990 باستخدام مركبة هامفي تابعة للجيش الأمريكي . [ 3 ] وتمّ تعزيز قدرات الحوسبة لهذه المركبة الجديدة بثلاثة حواسيب من نوع Sparc 10 ، "لمعالجة البيانات عالية المستوى"، وحاسوبين من نوع 68000 "للتحكم منخفض المستوى". [ 3 ] كانت مركبة هامفي قادرة على السير على الطرق المعبدة والوعرة. عند السير على الطرق الوعرة، كانت سرعتها القصوى محدودة بـ 9.7 كم/ ساعة (6 ميل/ساعة) . أما عند قيادة مختبر الملاحة 2 على الطرق المعبدة، فكانت سرعته تصل إلى 110 كم /ساعة (70 ميل/ساعة). [ 3 ]     

كان كل من Navlab 1 و 2 شبه مستقلين واستخدما "...  مشفرات عجلة القيادة وعمود الدوران ونظام ملاحة بالقصور الذاتي باهظ الثمن لتقدير الموقع." [ 3 ]

استخدم نظام الملاحة Navlab 5 سيارة بونتياك ترانس سبورت ميني فان موديل 1990. في يوليو 1995، قام الفريق برحلة تجريبية من بيتسبرغ إلى سان دييغو، أُطلق عليها اسم "عبر أمريكا بدون استخدام اليدين"، حيث تولى النظام مهمة الملاحة في جميع أجزاء الرحلة البالغ طولها 2850 ميلاً باستثناء 50 ميلاً فقط، بمتوسط ​​سرعة يزيد عن 60 ميلاً في الساعة. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] في عام 2007، أُضيف نظام Navlab 5 إلى قائمة المكرمين في قاعة مشاهير الروبوتات لعام 2008. [ 11 ]

تم بناء كل من مختبرات الملاحة 6 و7 باستخدام سيارات بونتياك بونفيل . أما مختبر الملاحة 8 فقد تم بناؤه باستخدام شاحنة أولدزموبيل سيلويت . بينما تم بناء مختبرات الملاحة 9 و10 باستخدام حافلات النقل العام في هيوستن. [ 12 ]

ألفين

طُوِّر نظام ALVINN (مركبة برية ذاتية القيادة ضمن شبكة عصبية) عام 1988. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] ويمكن الاطلاع على معلومات تفصيلية في أطروحة الدكتوراه للعميد أ. بوميرلو (1992). [ 16 ] وكان هذا النظام بمثابة عرض مبكر لتعلم التمثيل، ودمج البيانات الحسية، وتوسيع البيانات.

بنيان

كانت شبكة ALVINN عبارة عن شبكة تغذية أمامية متصلة بالكامل مكونة من 3 طبقات، تم تدريبها باستخدام خوارزمية الانتشار العكسي، وتحتوي على 1217-29-46 عصبونًا، وبالتالي 36627 وزنًا. وكانت تحتوي على 3 أنواع من المدخلات:

  • شبكة 30x32 تمثل قيم التدرج الرمادي من القناة الزرقاء لكاميرا فيديو موجهة للأمام.
  • شبكة 8x32 تحتوي على معلومات العمق من جهاز تحديد المدى بالليزر (مجال رؤية 30 × 80 درجة).
  • وحدة تغذية راجعة واحدة. وهي متصلة مباشرة بالوحدة الموجودة في طبقة الإخراج، مع تأخير خطوة واحدة على غرار شبكة جوردان . وقد صُممت لتوفير معالجة أولية للوقت.

تتكون طبقة الإخراج من 46 وحدة:

  • تمثل 45 وحدة نطاقًا خطيًا لزوايا التوجيه. الوحدة الأكثر نشاطًا ضمن هذا النطاق تحدد اتجاه توجيه المركبة.
  • وحدة تغذية راجعة واحدة.

من خلال فحص أوزان الشبكة، لاحظ بوميرلو أن وحدة التغذية الراجعة تعلمت قياس الإضاءة النسبية لمناطق الطرق مقابل المناطق غير الطرقية.

تمرين

تم تدريب نموذج ALVINN باستخدام التعلم الخاضع للإشراف على مجموعة بيانات تضم 1200 صورة محاكاة للطرق مقترنة ببيانات قياس المسافة المقابلة. شملت هذه الصور انحناءات طرق متنوعة، واتجاهات شبكية مختلفة، وظروف إضاءة متباينة، ومستويات ضوضاء متفاوتة. استغرق توليد هذه الصور 6 ساعات من وقت وحدة المعالجة المركزية لجهاز Sun-4 .

تم تدريب الشبكة لمدة 40 دورة تدريبية باستخدام خوارزمية الانتشار العكسي على منصة Warp (استغرقت 45 دقيقة). لكل مثال تدريبي، تم تدريب وحدات إخراج التوجيه لإنتاج توزيع غاوسي للتنشيطات، متمركزًا حول الوحدة التي تمثل زاوية التوجيه الصحيحة.

في نهاية التدريب، حققت الشبكة دقة بنسبة 90٪ في التنبؤ بزاوية التوجيه الصحيحة في حدود وحدتين من القيمة الحقيقية على صور الطرق المحاكاة غير المرئية.

في التجارب العملية، تم تشغيل النظام على جهاز Navlab 1، مزودًا بكاميرا فيديو وجهاز قياس مسافة ليزري. استطاع النظام قيادة المركبة بسرعة 0.5  متر/ثانية على طول مسار مشجر بطول 400 متر في مختلف الظروف الجوية: ثلجية، ممطرة، مشمسة، وغائمة. وقد نافس هذا النظام خوارزميات الرؤية الحاسوبية التقليدية في ذلك الوقت.

لاحقًا، طبقوا التعلم بالمحاكاة عبر الإنترنت باستخدام بيانات حقيقية لشخص يقود جهاز Navlab 1. ولاحظوا أنه نظرًا لأن السائق البشري لا يبتعد أبدًا عن المسار، فلن تتدرب الشبكة على الإجراء الذي يجب اتخاذه في حال انحرافها عن المسار. ولمعالجة هذه المشكلة، استخدموا تقنية تضخيم البيانات ، حيث يتم إزاحة كل صورة حقيقية إلى اليسار بمقدار 5 مقادير مختلفة وإلى اليمين بمقدار 5 مقادير مختلفة، ويتم تعديل زاوية توجيه السائق البشري وفقًا لذلك. وبهذه الطريقة، يتم زيادة كل مثال إلى 11 مثالًا.

تبين أنه باستخدام سلسلة قصيرة من حوالي 100 صورة، يمكن تدريب الشبكة عبر الإنترنت على تتبع الطريق. وقد استغرق ذلك حوالي 10 دقائق فقط من القيادة.

تم تدريب أول نموذج ALVINN في فبراير 1989، حيث تم تدريبه خارجياً باستخدام صور محاكاة للطريق فقط، وذلك خلال ثماني ساعات على جهاز Warp. بعد التدريب، كان من المقرر تشغيله على حاسوب Sun 3 في مختبر الملاحة (Navlab) - لم يكن جهاز Warp ضرورياً، لأن الشبكات العصبية سريعة في وقت الاستدلال. يستغرق معالجة صورة واحدة 0.75 ثانية. في 16 مارس 1989،  تم تسجيل رقم قياسي جديد في مختبر الملاحة بلغ 1.3 متر/ثانية. وفي يونيو 1989، اكتشفوا أن التدريب عبر الإنترنت فعال. [ 17 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 "مختبر الملاحة: مختبر الملاحة بجامعة كارنيجي ميلون" . معهد الروبوتات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يوليو 2011 .
  2. ↑"Robotics History: Narratives and Networks Oral Histories: Chuck Thorpe". IEEE.tv. 17 April 2015. Retrieved 2018-06-07.
  3. 12345678Todd Jochem; Dean Pomerleau; Bala Kumar & Jeremy Armstrong (1995). "PANS: A Portable Navigation Platform". The Robotics Institute. Retrieved 14 July 2011.
  4. ↑Thorpe, C.; Hebert, M.H.; Kanade, T.; Shafer, S.A. (May 1988). "Vision and navigation for the Carnegie-Mellon Navlab". IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 10 (3): 362–373. doi:10.1109/34.3900.
  5. ↑Gross, Thomas; Lam, Monica (August 1998). "Retrospective: A retrospective on the Warp machines". 25 years of the international symposia on Computer architecture (Selected papers). ACM. pp. 45–47. doi:10.1145/285930.285950. ISBN 978-1-58113-058-4.
  6. 123"Overview". NavLab. The Robotics Institute. Archived from the original on 8 August 2011. Retrieved 14 July 2011.
  7. ↑Hawkins, Andrew J. (2016-11-27). "Meet ALVINN, the self-driving car from 1989". The Verge. Retrieved 2024-08-07.
  8. ↑"Look, Ma, No Hands". Carnegie Mellon University. 31 December 2017. Retrieved 31 December 2017.
  9. ↑Freeman, Mike (3 April 2017). "Connected Cars: The long road to autonomous vehicles". Center for Wireless Communications. Archived from the original on 1 January 2018. Retrieved 31 December 2017.
  10. ↑Jochem, Todd (3 April 2015). "Back to the Future: Autonomous Driving in 1995 - Robotics Trends". www.roboticstrends.com. Archived from the original on 29 December 2017. Retrieved 31 December 2017.
  11. ↑"THE 2008 INDUCTEES". The Robot Institute. Archived from the original on 26 September 2011. Retrieved 14 July 2011.
  12. ↑ شيراي، يوشياكي؛ هيروسي، شيجيو (2012). الانتباه والعادة من أجل السلوك الآمن . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص 249. ISBN  978-1447115809.{{cite book}}تم |work=تجاهله ( مساعدة )
  13. ↑ بوميرلو، دين أ. (1988). "ألفين: مركبة برية ذاتية القيادة في شبكة عصبية" . التطورات في أنظمة معالجة المعلومات العصبية . 1. مورغان كوفمان.
  14. ↑ بوميرلو، دين (1990). "التكيف السريع للشبكات العصبية الاصطناعية للملاحة الذاتية" . التطورات في أنظمة معالجة المعلومات العصبية . 3. مورغان كوفمان.
  15. ↑ بوميرلو، دين أ. (1990)، "الملاحة الذاتية القائمة على الشبكات العصبية" ، الرؤية والملاحة ، سلسلة كلوير الدولية في الهندسة وعلوم الحاسوب، المجلد 93، بوسطن، ماساتشوستس: سبرينغر الولايات المتحدة، الصفحات 83-93 ، doi : 10.1007/978-1-4613-1533-9_5 ، ISBN   978-1-4612-8822-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 2024-08-07
  16. ↑ بوميرلو، دين أ. (1993). إدراك الشبكة العصبية لتوجيه الروبوت المتنقل . بوسطن، ماساتشوستس: سبرينغر الولايات المتحدة. doi : 10.1007/978-1-4615-3192-0 . ISBN 978-1-4613-6400-9.
  17. ↑ كريسمان، جيل د.؛ ويب، جون أ. (1990)، "آلة الالتواء في نافلاب" ، في ثورب، تشارلز إي. (محرر)، الرؤية والملاحة ، المجلد 93، بوسطن، ماساتشوستس: سبرينغر الولايات المتحدة، الصفحات 309-347 ، doi : 10.1007/978-1-4613-1533-9_14 ، ISBN   978-1-4612-8822-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 ديسمبر 2024
  • الرؤية والملاحة: مختبر الملاحة بجامعة كارنيجي ميلون . سلسلة كلوير الدولية في الهندسة وعلوم الحاسوب. المجلد  93. بوسطن، ماساتشوستس: سبرينغر الولايات المتحدة. 1990. doi : 10.1007/978-1-4613-1533-9 . ISBN 978-1-4612-8822-0.