物理学的未来
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无人驾驶汽车

在最近的将来,有可能在开着汽车的同时,靠隐形透镜在环球网上安全地冲浪。上下班再也不会是一件痛苦的家务杂事了,因为汽车自己会开。无驾驶员的汽车已经能够使用GPS将它们的位置定位在几英尺的范围内,驾驶距离可以超过几百英里。五角大楼国防部高级研究规划局(DARPA)发起一个竞赛,叫做DARPA大挑战,邀请实验室提交无人驾驶汽车参加跨越莫哈韦(Mojave)沙漠的比赛,奖金为100万美元。五角大楼国防部高级研究规划局继续它的长期的传统,资助危险的,但是具有远见性的技术。

(五角大楼项目的一些例子包括因特网,它原来的设计是想在核战期间和之后联系科学家和政府官员,还包括GPS系统,它原来的设计是为洲际弹道导弹导航。但因特网和GPS在冷战之后都失去原有的作用,交给了大众。)

在2004年,此竞赛面临一个尴尬的局面,没有一辆无人驾驶的汽车能够越过高低不平的旷野,没有一辆无人驾驶的汽车跨过终点线。但是下一年,5辆汽车完成了一条更加艰险的路线。它们跑过的道路包括100个急转弯,3个狭窄的隧道和每一边都是悬崖峭壁的道路。

有些批评家说,机器人汽车也许能够在沙漠中行驶,但决不能在城市中间行驶。因此在2007年,五角大楼国防部高级研究规划局发起了一个更有雄心的竞赛,“城市挑战”(the Urban Challenge),在这项计划里,机器人汽车要完成一条令人折磨的60英里(96.56公里)的路线,要在6小时内跑完模拟的城市地区。汽车必须服从所有的交通规则,避开沿线的其他机器人汽车,通过4车道的交叉路口。6个队成功地完成了“城市挑战”,前三名得到的奖金分别为200万美元、100万美元和50万美元。

五角大楼的目标是到2015年完成美国三分之一的地面部队的自治。这是一项拯救生命的技术,因为近年来,美国的最大伤亡来自路边炸弹。在将来,很多美国的军车将根本没有驾驶员。但是对于消费者来说,按一下按钮自己就能行驶的汽车,意味着驾驶员可以工作、放松、欣赏风景、看电影或浏览因特网。

有一次,为了主持电视“发现频道”专题节目,我有机会亲自驾驶一辆这种汽车。它是一辆北卡罗来纳州立大学工程师修改的流线型的跑车,让它能完全自治。它的计算机有8台个人电脑的功率。钻进汽车对我来说有些困难,因为里面空间很窄。汽车内部到处都是完善的电气构件,堆在座位上和仪表盘上。当我握住方向盘时,我注意到它有一个特殊的橡胶电缆连接到一个小马达上。一台计算机通过控制这个马达可以转动方向盘。

在我发动、脚踏加速器、将车开到高速公路之后,我将开关拨到计算机控制位置。我的手离开方向盘,车就自动驾驶了。我对这部车有充分的信心,车的计算机通过方向盘上的橡胶电缆不断进行小的调整,开始的时候,看到方向盘和加速器的踏板自己在动,感到有些奇怪。就好像有一个看不见的魔鬼似的驾驶员在操作,但过了一会我就习惯了。事实上,在车上能放松,车自己能以超人的精确和技能行驶,后来成为了一种快乐。我可以坐在后面,欣赏车的驾驶。

无人驾驶汽车的核心是GPS系统,它允许计算机确定它的位置,精度在几英尺的范围内。(有时,工程师告诉我,GPS可以确定车的位置在几英寸范围内。)环绕地球轨道的32个GPS卫星发射特殊的无线电波,被汽车中的GPS接收器接收。每一个卫星的信号有些扭曲,因为它们环绕的轨道略有不同。这个扭曲叫做多普勒(Doppler)偏移。(例如,卫星向你移动时无线电波被压缩,离开你移动时无线电波伸展。)分析3个或4个卫星发出的无线电信号频率的偏离,车上的计算机就能精确地确定我的位置。

在车的挡泥板上还有雷达,因此可以感知障碍。这在将来是至关紧要的,因为每辆车在它检测到即将发生事故时都要自动采取紧急措施。今天,在美国每年有4万人死于汽车事故。在将来,“汽车事故”(car accident)这个单词也许会渐渐从英语语言中消失。

交通堵塞也会成为过去的事情。中央计算机通过与每一辆无人驾驶汽车的通信能够追踪道路上每一辆的移动。然后,它可以容易发现高速路上的交通堵塞和瓶颈。在圣迭戈(San Diego)北部州际15号公路进行的一项试验,芯片放在道路上,因此中央计算机能够控制道路上的汽车。在交通堵塞的情况下,中央计算机将强制驾驶员让交通自由通行。

将来的汽车也能感知其他的危险。成千上万的人,由于驾驶员犯困,特别是在夜间或在漫长单调的旅行中,而在汽车事故中死亡或受伤。今天计算机能够聚焦在你的眼睛上,识别你变得昏昏欲睡的迹象。然后计算机的程序使它发出一个声音,把你叫醒。如果这样做失败了,计算机将接管汽车。计算机也能识别汽车上过量酒精的存在,减少每年发生的成千上万与喝酒有关的灾祸。

智能汽车的转换将不会立刻发生。首先,军事部门将配置这些车辆,在进行过程中制定操作指南。然后,机器人汽车将进入市场,首先出现在漫长的、乏味的州际间高速公路上。下一步,它们将出现在市郊和大城市,但是驾驶员将总是有能力在紧急情况下接管计算机。最终,我们会想,没有它们我们将怎样生活呀。