System antykolizyjny OSCAR: jak to działa?

„Jestem w strefie, gdzie Sam (Davies) i Seb (Sebastien Simon) uderzyli UFO i dokładnie w tym samym regionie, gdzie mi się to przydarzyło cztery lata temu. Strefa, można powiedzieć, nieco krytyczna. Płynę baksztagiem po dość wzburzonym morzu i jestem w pełnej gotowości. Nie spuszczam oczu z OSCARa, o ile to tylko możliwe. To system kamer sprawdzający trasę przede mną.”

Romain Attanasio „Pure – Best Western Hotels and Resorts”, aktualnie na 12. miejscu w Vendee Globe

O czym pisze Attanasio? Francuz udział w poprzednich regatach Vendee Globe skończył na 15. miejscu, naprawiając na kotwicowisku jacht uszkodzony po uderzeniu w niezidentyfikowany obiekt. Prywatnie jest partnerem Sammie Davies, więc nic dziwnego, że przeżywał wycofanie się dwojga przyjaciół z powodu uderzenia w UFO (Unidentified Floating Object). Niedawno pisałem o systemie OSCAR, który miał chronić żeglarzy przed takimi właśnie uszkodzeniami. Simon i Davies mieli ten system na pokładzie. Co się stało, że nie zadziałał? A może zadziałał? No to zacznijmy od początku:

Tekst Marek Zwierz
Zdjęcia mat. firmowe BSB Artificial Intelligence GmbH

Przede wszystkim OSCAR jest systemem widzącym praktycznie tylko w paśmie widzialnym. Jest wprawdzie także aktywne pasmo w zakresie podczerwieni, ale obie kamery widzą tylko to, co pływa po powierzchni oceanu. Przeszkody pod wodą nie są dla systemu widoczne. Analizując zdjęcia podwodnej części łódki, które udostępniła Sam Davies, uderzenie nastąpiło pod powierzchnią. Widoczne są ślady w połowie długości kilu.

Sebastien Simon uderzył w coś foilem, czyli hydroskrzydłem. W zasadzie to coś musiało pływać po powierzchni. W momencie uderzenia wiał wiatr około 25 węzłów, fala była rzędu 5 do 6 metrów. Czy w takich warunkach stojący „na oku” żeglarz mógłby cokolwiek zobaczyć? Kamera OSCARa jest umieszczona na topie masztu, ale to tylko niewielka pomoc, jeżeli w grę wchodzi duża fala, silny wiatr powodujący zdmuchiwanie piany z jej szczytów, a może jeszcze opad deszczu czy wręcz śniegu, co w tamtej okolicy nie jest specjalną rzadkością.

No dobrze, to co OSCAR widzi? Widzi to, co wystaje ponad powierzchnię wody. Kontener zawieszony w toni wodnej kilkadziesiąt centymetrów pod powierzchnią jest niewidoczny. Jeżeli wystaje jeden jego róg, to może on zostać zauważony, ale nie jest to łatwe, szczególnie przy silnym zafalowaniu lub przy ograniczonej widzialności.

System z jednej strony wycina przeszkody, które mają powierzchnię mniejszą, niż 1 metr kwadratowy, żeby nie powodować fałszywych alarmów. Z drugiej strony przysłowiowa drewniana paleta na granicy pływalności jest jednak rozpoznawalna. Zarejestrowano wiele alarmów, które powodowały rybackie boje oznaczające sieci. Kilka dni temu Boris Hermann po uruchomieniu się alarmu i wyskoczeniu do kokpitu zauważył przepływający obok burty odbijacz. OSCAR meldował nawet dmuchane materace.

System wyposażony jest w tak zwaną sztuczną inteligencję. Oznacza to, że jest zdolny do uczenia się, jeżeli tylko dostanie odpowiedni materiał do nauki. Do tej pory system przeanalizował ponad 55 milionów zdjęć różnorakich przeszkód i „niezidentyfikowanych” obiektów pływających. I cały czas się uczy. Większość przeszkód nieco inaczej wygląda na wodach Atlantyku, inaczej na Morzu Śródziemnym i inaczej na Morzu Północnym. Twórcy systemu jeszcze nie zbierali danych z Oceanu Południowego, czyli z miejsca ostatnich uszkodzeń jachtów biorących udział w Vendee Globe. Taka analiza jest planowana po zakończeniu regat.

Do pewnego rozpoznania tylko jednej konkretnej przeszkody system ma do dyspozycji ponad 10 000 jej zdjęć. Można śmiało powiedzieć, że teraz uczy się Oceanu Południowego. Jak dla kilkorga żeglarzy w stawce, tak i dla OSCARa, żegluga w tamtych szerokościach jest premierą. W kolejnych regatach oprogramowanie będzie już miało zdecydowanie więcej doświadczenia na tym akwenie.

Czy OSCAR na bieżąco analizuje napływające dane i nieustannie się uczy? Tak i nie. Tak, bo napływające dane są na bieżąco analizowane, ale tylko pod kątem alarmowania o przeszkodach. System nie uczy się na aktualnych danych, bo jego twórcy nie chcą, żeby wyspecjalizował się tylko w jednym akwenie i w jednym rodzaju przeszkód. Jeżeli ktoś pływa tylko po Adriatyku i jedynymi napotykanymi przeszkodami są sieci rybackie, to w przypadku wybrania się na dłuższą wycieczkę, na przykład na Atlantyk, mogły by nastąpić trudności z rozpoznawaniem UFO. Dlatego dane są analizowane w centrali i systemy są odpowiednio aktualizowane.

Kamery OSCARa obserwują wodę od horyzontu niemal po sam dziób. Alarm jest nastawiony na odległość około 600 m przed jachtem. W międzyczasie rozpoznanie statków na horyzoncie nie sprawia mu żadnego kłopotu. Mniejsze przeszkody i te znajdujące się bliżej stanowią już problem poważniejszy. Nie, żeby był kłopot z ich rozpoznaniem, ale chodzi o czas reakcji. Przy prędkości 15 – 20 węzłów 600 m jacht przebywa w niewiele ponad minutę, a dokładnie w 60 – 77 sekund. Wykonanie w tym czasie prawidłowego manewru omijającego nie jest łatwe. Jeżeli jest to w nocy, skipper akurat śpi, a jacht płynie z pełną prędkością pod pełnymi żaglami to nie jest to dużo czasu.

Nasuwa się pytanie, czy można sprząc OSCARa z autopilotem? W zasadzie tak, ale… Pomijam już wątpliwości natury prawnej. Kto odpowiada, jeżeli autopilot skręci nie w tą stronę i uderzy w niewielką łódkę zatapiając ją? Albo kto odpowie za uszkodzenia ciała wynikłe ze zbyt gwałtownej reakcji autopilota na zbliżającą się przeszkodę? To są problemy prawne znane już na lądzie z używania pojazdów autonomicznych.

Współczesne systemy samosterów, czy autopilotów to bardzo skomplikowane urządzenia reagujące na najmniejsze zmiany prędkości i kierunku zarówno wiatru, jak i fali. Pliki konfiguracyjne pozwalające dostroić taki system do aktualnych warunków i aktualnie prowadzonego jachtu to wielostronicowe listy parametrów. Na szczęście żeglarz ma dostęp podczas wyścigu tylko do tych najważniejszych funkcji. Reszta jest ustawiana podczas wcześniejszych treningów, lub wynika z budowy jachtu.

Obrazuje to jak skomplikowane może być podłączenie do tego systemu kolejnego komponentu, jakim byłby system rozpoznający przeszkody. Są prowadzone prace nad zintegrowaniem autopilotów z OSCARem, ale w aktualnym Vendee Globe tylko Boris Hermann ma testowo zainstalowaną możliwość połączenia obu systemów.

Czy zdarzają się meldunki błędne, tak zwane przypadki „false positive”? Przy dobrej widzialności i spokojnym morzu nie. Profesjonaliści regatowi meldowali w trudniejszych warunkach średnio jeden fałszywy alarm dziennie. Załogi cruiserów, jeden na 4 – 5 dni.

Jest jeszcze jedno ale… Każdy system zdecydowanie lepiej działa, jak jest włączony. W przypadku jachtów ma to szczególne znaczenie, ponieważ OSCAR potrzebuje zasilania około 25 W, czyli ilość energii porównywalną z wykorzystywaną przez włączony radar. W trudnych warunkach wraz ze zmniejszającą się widzialnością zmniejsza się też efektywność paneli solarnych. Energię na jachcie się oszczędza. To żadna nowość. Jak było na obu jachtach, które wycofały się do Kapsztadu nie wiemy. To są informacje, które mogły by dostarczyć poszczególne teamy regatowe.

Rafael Biancale i Patrick Haebig z firmy BSB Artificial Intelligence GmbH udzielili mi wszelkich możliwych wyjaśnień co do działania OSCARa. To firma z Austrii, Francji i Portugalii zatrudniająca 25 osób i zajmująca się oprogramowaniem sztucznej Inteligencji. Oceny działania tego urządzenia w praktyce będą mogły udzielić poszczególne zespoły zapewne po zakończeniu regat. Będzie to jednak tylko raport aktualnego stanu rozwoju systemu, ponieważ cały czas jest on aktualizowany i cały czas się uczy.