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DARPA 그랜드 챌린지

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목차

1. 개요

DARPA 그랜드 챌린지는 미국 방위고등연구계획국(DARPA)이 주최한 무인 자동차 경주 대회로, 자율 주행 기술 발전을 목표로 2004년부터 개최되었다. 2004년에는 캘리포니아 사막에서 240km 구간을 완주하는 차량이 없어 상금이 지급되지 않았고, 2005년 대회에서는 스탠퍼드 대학교의 스탠리가 우승했다. 2007년에는 도시 환경에서 진행되는 어번 챌린지가 열렸으며, 카네기 멜론 대학교의 타르탄 레이싱 팀이 우승했다. 이후 DARPA는 인간형 로봇, 지하 탐사 로봇, 소형 위성 발사 등 다양한 분야의 챌린지를 개최했다. 대회 참가팀들은 다양한 프로그래밍 언어, 운영체제, 하드웨어 및 기술을 활용하여 자율 주행 기술을 개발했다.

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DARPA 그랜드 챌린지
개요
이름DARPA 그랜드 챌린지
주최미 국방부 산하 DARPA
유형상금 경쟁
목표자율주행 차량 개발 촉진
개최 연도2004년, 2005년, 2007년
총 상금수백만 달러
상세 정보
2004년 대회2004년 3월 13일
15대의 차량 참가
가장 좋은 성적은 7.32마일 (11.78km) 주행
우승 차량 없음
상금 100만 달러
2005년 대회2005년 10월 8일
5대의 차량 완주
스탠포드 대학교의 '스탠리' 우승
상금 200만 달러
2007년 어번 그랜드 챌린지2007년 11월 3일
시가지 환경에서 자율주행
카네기 멜론 대학교의 '타르탄 레이싱' 팀 우승
상금 200만 달러
영향
자율주행 기술 발전로봇 공학
인공지능
컴퓨터 비전
센서 기술
관련 기술 상용화자율주행 자동차
첨단 운전자 보조 시스템 (ADAS)

2. 역사와 배경

완전 자율 주행 자동차는 1977년 일본 쓰쿠바 기계기술연구소를 시작으로, 독일, 이탈리아, 유럽 연합, 미국 등 여러 나라에서 오랫동안 추진해 온 과제이다.[2] 1984년, DARPA는 전략 컴퓨팅 이니셔티브의 일환으로 자율 주행 차량과 Navlab의 자율 항법을 시연했다.[2]

DARPA 그랜드 챌린지는 세계 최초의 무인 자동차 장거리 경주로, 무인 자동차 분야의 기술 발전을 촉진하기 위해 개최되었다. 미국 의회는 2015년까지 지상 군사력의 1/3을 자율화하는 것을 목표로 로봇 개발을 촉진하기 위해 DARPA에 상금을 제공하도록 권한을 부여했다.[3] 2004년 행사 후, DARPA의 국장 토니 테더 박사는 다음 행사의 상금을 200만달러로 인상한다고 발표했다.

대회는 전 세계에서 참가 팀을 모집했으며, 고등학교, 대학교, 기업 등 다양한 기관에서 참가했다. 첫 해에는 100개 이상의 팀이 등록했고, 두 번째 해에는 195개 팀이 미국 36개 주와 4개국에서 참여했다.

2. 1. 2004년 그랜드 챌린지

2004년 3월 13일, 미국 모하비 사막 지역에서 첫 번째 DARPA 그랜드 챌린지 대회가 개최되었다. 이 대회는 캘리포니아주 바스토에서 시작하여 네바다주 프림을 지나는 240km 구간의 15번 주간 고속도로를 따라 진행되었다.[2]

레드 팀 레이싱의 1986년식 HMMWV 샌드스톰


어떤 로봇 차량도 경로를 완주하지 못했다. 카네기 멜론 대학교 레드 팀의 샌드스톰(험비를 개조한 차량)이 가장 먼 거리인 11.78km를 이동했으나, 스위치백 회전 구간에서 바위에 걸려 멈추었다.[2] 결국 우승자는 없었고, 상금도 수여되지 않았다. 이에 따라 2005년에 두 번째 DARPA 그랜드 챌린지 대회가 열리게 되었다.

이 대회는 전 세계 팀과 조직에게 열려 있었으며, 고등학생, 대학생, 기업 등 다양한 팀이 참가했다. 첫 해에는 100개 이상의 팀이 등록했고, 두 번째 해에는 36개 미국 주와 4개국에서 195개 팀이 참가했다. 미국 의회는 로봇 개발 촉진을 위해 DARPA에 상금(100만 달러)을 제공할 권한을 부여했으며, 최종 목표는 2015년까지 지상 군사력의 3분의 1을 자율화하는 것이었다.[3]

2. 2. 2005년 그랜드 챌린지

Beer Bottle Pass


두 번째 DARPA 그랜드 챌린지는 2005년 10월 8일 오전 6시 40분에 시작되었다. 총 212km의 오프로드 코스로, 제한 시간은 10시간이었다. 결승에 진출한 23대 중 22대가 2004년 최고 기록인 11.78km를 넘어섰으며, 5대가 완주했다.

2005년 코스는 한쪽이 절벽인 험준한 바위산의 구불구불한 산악 지대를 넘어, 3곳의 좁은 터널을 통과하고 100번 이상의 좌우 반경이 작은 굽잇길을 주파하며, 마지막으로 Beer Bottle Pass라고 불리는 1.5마일 정도의 좁고 어려운 구간을 통과하는 것이었다.[4] 2004년 코스에 비해 2005년 코스는 커브가 대폭 줄어들고 전체적으로 길 폭이 넓어져 무인 자동차에게 유리했다.

차량팀명본거지소요 시간
(시:분)		결과
스탠리[http://cs.stanford.edu/group/roadrunner/old/index.html 스탠퍼드 레이싱 팀]스탠퍼드 대학교, 팔로알토, 캘리포니아주6:541위
샌드스톰[http://www.redteamracing.org/ 레드 팀]카네기 멜론 대학교, 피츠버그, 펜실베이니아주7:052위
H1ghlander[http://www.redteamracing.org/ Red Team Too]7:143위
Kat-5[http://www.graymatterinc.com/teamgray Team Gray]Gray 연구소, 메테리, 루이지애나주7:304위
테라맥스[http://www.terramax.com/ 팀 테라맥스]오시코시 코퍼레이션, 오시코시, 위스콘신주12:51제한 시간 10시간 초과. 5위



스탠퍼드 대학교 팀 리더인 Sebastian Thrun은 이전에는 카네기 멜론 대학교의 교원이었고, Red Whittaker 역시 카네기 멜론 대학교 팀 리더였기 때문에, 스탠퍼드 대학교와 카네기 멜론 대학교는 서로 좋은 경쟁 관계를 보였다. H1ghlander는 자체적인 기계적 고장에 시달렸다. Gray 팀은 대회 몇 주 전에 허리케인 카트리나의 피해를 입었기 때문에, 순위와 상관없이 참전한 것 자체를 평가해야 한다. 오시코시 코퍼레이션의 테라맥스는 대형 트럭으로, 야간에는 주행하지 않고 예열 운전을 하며 아침을 기다렸으며, 신중하게 Beer Bottle Pass를 통과하여 이틀째에 골인했지만 제한 시간 10시간을 초과했기에 5위로 기록되었다.

각 팀의 후원 기업은 다음과 같으며, 이들 기업의 대부분이 이후 자율 주행 기술 개발에도 관여하게 되었다.


  • 카네기 멜론 대학교: 캐터필러, 콘티넨탈, GM, 구글, IBEO, 인텔, McCabe Software, MobileEye, 네트워크 어플라이언스, Tele Atlas, Vector-CANTech, Viewpoint

2. 3. 2007년 어번 챌린지

2007년 11월 3일, 캘리포니아 빅터빌의 조지 공군 기지(현재는 서던 캘리포니아 병참 공항)에서 DARPA 그랜드 챌린지의 세 번째 대회인 어번 챌린지가 열렸다.[5] 이 대회는 96km의 도시 구간 코스로 진행되었으며, 참가 차량들은 6시간 이내에 완주해야 했다. 모든 교통 규칙을 준수하고, 다른 차량 및 장애물과 상호작용하며 안전하게 운전해야 하는 것이 규칙이었다.[6]

카네기 멜론 대학교와 제너럴 모터스의 합작 팀인 타르탄 레이싱(Tartan Racing)이 쉐보레 타호(Chevy Tahoe) 개조 차량인 '보스(Boss)'로 우승하여 200만달러의 상금을 받았다. 스탠포드 대학교의 스탠포드 레이싱 팀(Stanford Racing Team)은 2006년형 폭스바겐 파사트 개조 차량인 '주니어(Junior)'로 2위를 차지하여 100만달러를 획득했다. 버지니아 공대 소속 빅터 탱고(Victor Tango) 팀은 2005년형 포드 이스케이프 하이브리드를 개조한 '오딘(Odin)'으로 3위를 차지하여 500000USD를 받았다.[8] MIT가 4위였고, 코넬 대학교, 펜실베이니아 대학교/리하이 대학교도 완주했다.

버지니아 공대 팀의 로봇은 2007년 4월 16일 교정 참사로 숨진 32명을 기리기 위해 32번을 달았다.[12]

2004년과 2005년 경주가 물리적으로 더 부담스러웠던 반면, 어번 챌린지는 차량 설계 시 모든 교통 규칙을 지키면서 다른 차량을 감지하고 회피하도록 요구했다. 이는 차량이 다른 차량의 움직임을 바탕으로 실시간으로 지능적인 판단을 내려야 했기 때문에 차량 소프트웨어에 특히 어려운 과제였다. 이전의 차량 자동화 노력은 고속도로 주행과 같이 차량 간 상호작용이 적은 구조화된 상황에 초점을 맞춘 반면, 이 경주는 임의의 시가지 환경에서 열렸고, 차량들이 서로 복잡하게 상호작용(예: 4방향 일단 정지 교차로)해야 했다.[14]
2007 DARPA 어번 챌린지 완주 팀:

팀 이름ID#차량유형팀 본거지소요 시간
(h:m:s)		결과
[http://www.tartanracing.org/ Tartan Racing]19Boss2007 쉐보레 타호카네기 멜론 대학교, 펜실베이니아주 피츠버그4:10:201위; 코스 전체에서 평균 약 14mph
[http://cs.stanford.edu/group/roadrunner/ 스탠포드 레이싱]03Junior2006년형 폭스바겐 파사트 왜건스탠포드 대학교, 캘리포니아주 팔로알토4:29:282위; 코스 전체에서 평균 약 13.7mph
[http://www.me.vt.edu/urbanchallenge/ VictorTango]32[12]Odin2005년형 포드 이스케이프 하이브리드버지니아 공과대학교, 버지니아주 블랙스버그4:36:383위; 코스 전체에서 평균 약 13mph 미만
[http://grandchallenge.mit.edu/ MIT]79Talos랜드로버 LR3MIT, 매사추세츠주 캠브리지약 6시간4위
[http://www.benfranklinracingteam.org/ 벤 프랭클린 레이싱 팀]74Little Ben2006년형 토요타 프리우스펜실베이니아 대학교, 리하이 대학교, 펜실베이니아주 필라델피아공식 시간 없음.코스를 완주한 6개 팀 중 하나
[http://www.cornellracing.com/ 코넬]26Skynet2007년형 쉐보레 타호코넬 대학교, 뉴욕주 이타카공식 시간 없음.코스를 완주한 6개 팀 중 하나



2007 DARPA 어반 챌린지를 위해 개발된 팀 Ensco의 차량

2. 4. 이후의 챌린지

DARPA 로보틱스 챌린지는 인간형 로봇에 초점을 맞춘 대회로, 재난 대응 등 위험하고 열악한 환경에서 복잡한 작업을 수행할 수 있는 지상 로봇 기능을 개발하는 것이 주요 목표였다.[15] 2012년 10월에 시작되어 2013년 6월에는 가상 로보틱스 대회가 개최되었고, 2013년 12월에는 DRC 트라이얼(DRC Trials), 2014년 12월에는 DRC 파이널(DRC Finals)이 열릴 예정이었다. 이전 챌린지와 달리 로봇 제작은 포함되지 않았으며, 보스턴 다이내믹스가 챌린지에 사용될 PETMAN 로봇 8대를 제작하는 계약을 10882438USD에 체결했다.[16][17]

DARPA Subterranean (SubT) 챌린지 로고


DARPA 서브테레니안 챌린지(SubT)는 지하 환경을 자율적으로 탐색, 지도화 및 수색할 수 있는 로봇 시스템 개발을 목표로 했다.[19][20][21] 2018년 9월에 시작되어 2021년 9월까지 진행되었으며, 시스템 경쟁과 가상 경쟁으로 구성되었다. 터널 회로(2019년 8월), 도시 회로(2020년 2월), 동굴 회로(2020년 11월, 가상), 결승 이벤트(2021년 9월) 등 4개의 이벤트가 개최되었다. 대한민국을 포함한 11개국 20개 대학에서 팀들이 참가했다.[22] 2021년 9월 24일, CERBERUS 팀이 시스템 결승 경쟁에서 우승했고, 호주 연방과학산업연구기구(CSIRO) 팀이 2위를 차지했다. Dynamo 팀은 가상 경쟁 결승에서 우승했다.[23][24][25][26]

SubT 챌린지의 주요 전략은 다양한 기능을 갖춘 로봇 팀을 구축하는 것이었다. 보행 로봇, 바퀴/궤도 로봇, 비행 로봇 등 다양한 로봇들이 각자의 장점을 활용하여 복잡한 지하 환경에 대응했다. 또한, 로봇들은 자율성을 바탕으로 서로 협력하고 정보를 교환하며, 인간 운영자는 로봇에게 목표를 설정하고 전반적인 전략을 지시하는 방식으로 협력했다.[19][20]



DARPA 런치 챌린지는 소형 위성을 궤도에 빠르게 발사하는 기술을 겨루는 대회였다.[27] 2018년 4월 18일에 발표되었고,[29] 버진 오빗, 벡터 런치, 아스트라 3팀이 결선에 진출했다.[31][32] 그러나, 여러 문제로 인해 2020년 3월 2일, 우승자 없이 챌린지가 종료되었다.[33]

3. 기술

2007년 DARPA 어번 챌린지 참가팀들은 센서 데이터 해석, 계획 수립, 실행을 위해 다양한 소프트웨어와 하드웨어를 조합하여 사용했다.

팀사용 언어운영 체제하드웨어비고
코넬 대학교C, C++, C#윈도우 XP17대의 듀얼 코어 서버계획 수립에 베이즈 추정 활용. 2008년 모든 소스 코드를 아파치 라이선스 2.0으로 공개.[60]
인사이트 레이싱리눅스맥 미니맥 미니를 직류 전원으로 작동. 저전력, 저발열이 특징.
팀 케이스대부분 LabVIEW, 일부 C++ 및 MATLAB윈도우 XP5대의 맥 미니, 2대의 NI PXI, CompactRIOSSD를 갖춘 맥 미니를 직류 전원으로 작동. 센서 인터페이스를 위해 PXI, 실시간 차량 제어를 위해 CompactRIO 사용. 인간 공학 기반 소프트웨어 아키텍처.
팀 그레이GrayMatter, Inc. AVS다른 팀보다 소형 임베디드 시스템 채택.[61][62] 다른 센서로 확장 가능.[63]
팀 LUX윈도우 XPXP 임베디드 버전 사용
팀 제퍼슨자바솔라리스 (Java RTS), 리눅스 (Java SE)마이크로컨트롤러 및 선 스폿 (Java ME)페론 로보틱스의 MAX 로봇 플랫폼에서 Sun Microsystems의 Java RTS/SE/ME 실행.
팀 벤 프랭클린MATLAB
스팅 레이싱자바리눅스
빅터탱고C++와 LabVIEW 병용윈도우, 리눅스JAUS 구현, Velodyne 센서를 사용하지 않은 유일한 완주팀.
팀 게이터 네이션 (CIMAR)C, C++, C#윈도우, 페도라 (리눅스)JAUS 프로토콜을 사용한 시스템 통신.
MITC리눅스40개 코어 클러스터MIT 차량을 위해 로봇 미들웨어 라이브러리 LCM(Lightweight Communications and Marshaling) 개발. [https://lcm-proj.github.io/]
오스틴 로봇 기술C++UT-오스틴 학부생들이 소프트웨어 작성 및 개발. Player 프로젝트를 기반으로 사용.
타탄 레이싱 (우승팀)[64]C++리눅스자동 계획, 모션 계획, 행동 생성, 인식, 세계 모델링 및 메카트로닉스를 갖춘 계층적 제어 시스템 사용.[65]


참조

[1] 웹사이트 10 U.S.C. § 4025 https://uscode.house[...] 2023-06-01
[2] 웹사이트 Robotics History: Narratives and Networks Oral Histories: Chuck Thorpe https://ieeetv.ieee.[...] 2015-04-17
[3] 웹사이트 StackPath https://www.powerele[...] 2015-03-13
[4] 간행물 DARPA Grand Challenge Winner: Stanley the Robot! http://www.popularme[...] 2010-04-12
[5] 뉴스 Crashes and Traffic Jams in Military Test of Robotic Vehicles https://www.nytimes.[...] 2007-11-05
[6] 웹사이트 Urban Challenge 2008 Archive https://web.archive.[...] 2012-08-03
[7] 웹사이트 Team Jefferson 2007 DARPA Urban Challenge Debrief http://teamjefferson[...] Team Jefferson
[8] 웹사이트 Urban Challenge — Archived as of April 2008 https://web.archive.[...] 2012-08-03
[9] 간행물 Carnegie Takes First in DARPA's Urban Challenge http://blog.wired.co[...] 2007-11-04
[10] 웹사이트 First-Place Finish http://www.cmu.edu/h[...]
[11] 웹사이트 Stanford Racing Team http://cs.stanford.e[...]
[12] 웹사이트 Virginia Tech massacre http://blog.wired.co[...]
[13] 웹사이트 Contact https://web.archive.[...] 2007-12-26
[14] 웹사이트 Archived copy http://archive.darpa[...] 2012-07-05
[15] 웹사이트 DARPA ROBOTICS CHALLENGE (DRC) https://web.archive.[...] 2013-01-20
[16] 웹사이트 Sole Source Intent Notice for Humanoid Robot Systems for the DARPA Robotics Challenge Program - Federal Business Opportunities: Opportunities https://www.fbo.gov/[...]
[17] 웹사이트 Defense.gov: Contracts for Monday, August 13, 2012 http://www.defense.g[...] 2018-03-19
[18] 웹사이트 DARPA Announces Winner of the First FANG Challenge, April 22, 2013 https://web.archive.[...] 2014-04-03
[19] 논문 Deep underground, robotic teamwork saves the day https://knowablemaga[...] 2023-07-20
[20] 논문 Into the Robotic Depths: Analysis and Insights from the DARPA Subterranean Challenge 2023-05-03
[21] 웹사이트 DARPA Subterranean (SubT) Challenge (archived) https://www.darpa.mi[...]
[22] 뉴스 DARPA Names Qualifiers for the Subterranean Challenge Urban Circuit https://www.darpa.mi[...] 2020-01-10
[23] 뉴스 Team CERBERUS and Team Dynamo Win DARPA Subterranean Challenge Final Event https://www.robotics[...] 2021-09-27
[24] 웹사이트 IN THE NEWS: Team CERBERUS & Team Dynamo Win DARPA Subterranean Challenge Final Event https://www.sncorp.c[...]
[25] 웹사이트 Team CERBERUS wins the DARPA Subterranean Challenge! https://www.subt-cer[...]
[26] 웹사이트 DARPA Subterranean Challenge - Results https://www.subtchal[...] 2023-06-01
[27] 웹사이트 DARPA makes last-minute change to launch competition rules https://spacenews.co[...] 2020-02-19
[28] 웹사이트 DARPA selects spaceports for responsive launch competition https://spacenews.co[...] 2018-11-07
[29] 웹사이트 DARPA announces responsive launch prize competition https://spacenews.co[...] 2018-04-19
[30] 뉴스 Three companies selected for DARPA Launch Challenge - SpaceNews https://spacenews.co[...] 2019-04-10
[31] 웹사이트 Vector launch company back from the dead after bankruptcy last December https://spaceexplore[...] 2020-10-30
[32] 웹사이트 DARPA Not Giving Up on Responsive Launch Capability https://www.national[...] 2023-06-01
[33] 웹사이트 DARPA Launch Challenge ends without winner https://spacenews.co[...] 2020-03-03
[34] 웹사이트 2005 DARPA Grand Challenge Source Code http://www.lienhart.[...] 2012-05-22
[35] 논문 Using Cart to Segment Road Images https://opus.bibliot[...] Universität Augsburg
[36] 웹사이트 Stanford Driving Software https://sourceforge.[...] 2016-08-20
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[38] 웹사이트 GrayMatter Autonomous Vehicle Systems 2018-03-19
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[61] 웹사이트 GrayMatter, Inc AVS http://www.graymatte[...]
[62] 웹사이트 Other teams competing in 2007 Urban Challenge http://www.mindfully[...]
[63] 웹사이트 GrayMatter Inc AVS allowing the adding of other sensors and types thereof http://www.graymatte[...]
[64] 웹사이트 Tartan Racing team description http://archive.darpa[...]
[65] 간행물 Tartan Racing: A Multi-Modal Approach to the DARPA Urban Challenge http://archive.darpa[...] 2007


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