Bezosádkové stroje na zemi mají proti dronům jednu nevýhodu a jednu přednost. Nevýhodu: terén je nesrovnatelně složitější než vzduch. Přednost: na zemi se dá vydržet dlouho, tiše a bez baterie, která za dvacet minut dojde. Americká firma Overland AI vsadila na to druhé a získala první výrobní zakázku na autonomní pozemní vozidla v americké armádě. Objednala si je námořní pěchota.
Autonomní systém zůstává nástrojem. Odtahuje vojáka od místa styku s nepřítelem a znásobuje sílu jednotky, která ho má. Jestli z toho vzejde odstrašení, nebo naopak snazší rozhodnutí válku začít, o tom nerozhoduje stroj, ale ten, kdo ho posílá dopředu.
Vidět terén znamená odhadnout ho
Základ celé disciplíny leží v neurobiologii vidění. Do oka dopadá světlo odražené od povrchů a na sítnici vzniká dvourozměrný obraz trojrozměrného světa. Cestou se ztratí informace a úloha přestává mít jednoznačné řešení: tentýž obraz na sítnici mohl vzniknout z nekonečně mnoha různých světů. Odborně jde o inverzní optický problém.
Nejlépe to ukazují optické klamy. Amesova místnost vypadá na první pohled jako pravoúhlý pokoj, ve skutečnosti má pokroucený tvar. Podstatné ale je, že klam není výjimka, nýbrž pravidlo. Člověk nikdy nevidí svět takový, jaký je. Vidí ho tak, aby v něm mohl jednat a přežít. Vnímání formuje zkušenost, ne měření.
Přesně tuto myšlenku dostal do vínku software autonomního vozidla. Když se stroj dívá na řadu stromů, neregistruje jen překážky před sebou. Z toho, co viděl dřív, předpovídá, že za nimi je volný prostor, kterým se dá projet. Díky tomu se rozhoduje rychleji a jede agresivněji, než kdyby čekal na tvrdá data.
Desítky tisíc trajektorií desetkrát za sekundu
Odhad terénu je jedna polovina úlohy, druhou je volba jízdy. Vozidlo v terénu si nepropočítává jednu ideální dráhu. Vygeneruje desítky tisíc možných trajektorií, každou ohodnotí a podle žebříčku se rozhodne, kudy pojede. Celý cyklus zvládne zhruba desetkrát za sekundu.
Takový objem výpočtů má smysl jen na masivně paralelním hardwaru. Grafické čipy se do robotiky dostaly nejdřív kvůli vnímání okolí, tedy kvůli zpracování obrazu. Zajímavější posun přišel ve chvíli, kdy se stejná paralelizace použila i na řízení vozidla. Kořeny má tento přístup v akademickém výzkumu z konce minulé dekády a v pěti letech, které zakladatel firmy strávil ve společnosti NVIDIA souběžně s profesurou.
Jezdit rychle se stroj naučí sám, přenést to jinam je horší
Začínalo se s modely v pětinovém měřítku. Dálkově ovládaná auta dostala počítač a senzory a měla za úkol jediné: objet okruh co nejrychleji. Software se učil z dat pořízených za jízdy. Nejdřív napodoboval člověka, který mu ukázal, jak se řídí, pak si sám hodnotil vlastní chyby a zkoušel, co přinese o něco dřívější plyn nebo pozdější brzda. Na písečném okruhu se tímto způsobem naučil driftovat zatáčky, protože to bylo rychlejší.
Slabinou této metody je přenos. Kdo se naučí jezdit po oválu, umí zatáčet doleva. Na okruhu s pravými zatáčkami zprvu selže. Kdo trénoval na hlíně, na asfaltu si neporadí. Kdo se učil v poušti, v lese začíná znovu. Lék je jediný a nudný: sbírat data z co nejrozmanitějších prostředí, aby stroj v novém terénu narazil aspoň na něco, co už zná.
Cíl je jasně vymezený. Žádné předem pořízené mapy, vozidlo přijíždí do každého prostředí, jako by ho vidělo poprvé, a přesto má projet novou trasu optimálně. V některých typech terénu už jezdí rychleji než člověk.
Zadání z roku 2001, které dvacet let leželo
Politické zadání je staré čtvrt století. Americký Kongres v roce 2001 rozhodl, že do roku 2015 má být třetina vojenských pozemních vozidel autonomní. Problém byl v tom, že to nikdo neuměl.
Agentura DARPA proto vypsala v letech 2004 a 2005 Grand Challenge, závod robotických vozidel z kalifornského Barstow do nevadského Primmu po prašných cestách, zhruba 215 kilometrů. V prvním ročníku nedojel nikdo dál než jedenáct kilometrů, nejlepší vůz uvízl a začal hořet. O rok později dokončilo celou trasu pět týmů. Lidé z těchto týmů pak odešli do průmyslu a založili firmy, ze kterých vyrostly Waymo nebo Aurora Innovation.
Vznikla tak paradoxní situace. Vojenské peníze rozjely obor, který se pak vydal za robotaxíky a autonomními kamiony. Kolem roku 2019 měla Amerika samořídící taxi, ale ne samořídící bojová vozidla. Program DARPA RACER, který začal v roce 2021, měl pozemní autonomii pro obranu nastartovat znovu. Zadání se ale posunulo: větší a rychlejší stroje mimo cesty, v takzvaném složitém přírodním terénu, tedy v poušti, v lese a ve sněhu, kde žádná infrastruktura nepomáhá. A navíc v terénu, kde infrastruktura naopak existuje proto, aby postup zastavila.
Od čtyřkolky k dvanáctitunovému pásovému stroji
Zkoušelo se to nejdřív na terénních vozidlech Polaris RZR. Stroj o hmotnosti kolem 1,4 tuny, velikostí zhruba menší SUV, rychlé a v terénu schopné. Tři týmy s nimi závodily o co nejlepší časy v různých typech terénu. Do roka zůstal ve hře jediný z nich.
Pak přišel Textron M5, prototyp robotického bojového vozidla. Dvanáct tun, pásy, elektrický pohon a zrychlení, jaké by u tak těžkého stroje nikdo nečekal. Velikostí odpovídá obrněnému transportéru M113. Takových strojů se vyrobilo jen čtyři nebo pět a všechny skončily v rukou jediného týmu, který s nimi projížděl terénem.
Mezi laboratoří a vojskem leží propast, kterou přejdou čtyři procenta
Programy DARPA trvají zpravidla čtyři roky. Právě to je jejich síla: úzké časové okno a soustředění na jeden problém. Zároveň v tom vězí jejich slabina. Po čtyřech letech program skončí a někdo musí technologii převzít, zaplatit její dopracování a dostat ji na vojenskou techniku. Podaří se to zhruba u čtyř procent technologií. Vývoj nové schopnosti tedy neznamená, že ji voják někdy dostane do ruky.
Duševní vlastnictví z takového programu patří agentuře i univerzitě, která výzkum prováděla. Jenže to, co vznikne, je výzkumný kód. Umí předvést schopnost, ale spolehlivost produkčního softwaru nemá. Je to hrubý náčrt.
Overland AI vznikla v prosinci 2022 právě kvůli tomu. Založil ji Byron Boots, který předtím vedl vítězný tým programu DARPA RACER, doktorát ze strojového učení získal na Carnegie Mellon a přednášel na University of Washington, kde si dodnes drží úvazek. Firma licencovala duševní vlastnictví z univerzity, přepsala výzkumný kód do komerčního autonomního softwaru a začala ho nabízet zpátky armádě a námořní pěchotě. Investoři do ní vložili přes 140 milionů dolarů.
Narazila ovšem na banální překážku. Software potřebuje vozidlo a vhodných vozidel bylo na trhu málo. Firma proto začala stavět i hardware. Cesta pak vedla přes prototypovou smlouvu s Defense Innovation Unit a drobné zakázky s armádou a námořní pěchotou až k první výrobní zakázce na autonomní pozemní vozidla v americké armádě. Námořní pěchota je zařadila do programu pozemní protivzdušné obrany a začne je používat k autonomnímu zásobování protivzdušných prostředků, které sestřelují drony. První série čítá zhruba patnáct kusů během následujícího roku. Od univerzitní laboratoře k výrobní zakázce to trvalo tři a půl roku.
Ultra zblízka: senzory dokola, modulární paluba, půl tuny nákladu
Vozidlo se jmenuje Ultra a vychází ze sériového terénního vozidla Polaris MRZR. Motor kolem 115 koní, převodové ústrojí i podvozek zůstávají, sedačky a ochranný rám jdou pryč. Zůstane podvozek s dlouhozdvihovým odpružením a velkými koly, na který se posadí robotika.
Vepředu jsou tři stereokamery, další senzory míří dozadu, k tomu lidar, který měří vzdálenost k povrchům v okolí. Dohromady vidí stroj kolem dokola. Nahoře je nákladová paluba s úchyty pro rychlou výměnu vybavení, pod ní počítače, baterie, alternátor a napájení, vzadu satelitní spojení a taktická síť mesh. Uveze zhruba půl tuny. Nesené vybavení sahá od komunikačního uzlu přes prostředky elektronického boje po dálkově ovládanou zbraňovou stanici s kulometem.
Dělba rolí je jednoznačná. Autonomní software řídí pohyb: operátor zadá, že vozidlo má ujet deset kilometrů na určené místo a natočit se určitým směrem. Nesené vybavení ovládá člověk přes komunikační síť, tedy zbraň nikdy nespouští stroj sám. Na obrazovce operátora je nahoře satelitní mapa s polohou vozidel, dole obraz z přední kamery a vedle něj pohled, jakým terén vidí software: purpurově svítí místa, kam vozidlo nesmí.
Vozidlo rozlišuje dvě vrstvy. Nejdřív průjezdnost, tedy kudy se dá jet. Nad ní leží sémantické porozumění, které z obrazu a siluety pozná člověka a vozidlo a určí, kde se vůči stroji nacházejí. Bezpečnostní vrstva pak zastaví, když se k člověku nebo autu přiblíží příliš. Tuto pojistku lze vypnout.
Proč zrovna zem: pěchota platí nejvyšší daň
Čísla vysvětlují, proč se do pozemní autonomie vůbec investuje. Války se rozhodují na zemi, protože lidé nežijí v moři ani ve vzduchu. Přes 80 procent amerických bojových ztrát od druhé světové války připadá na pěchotu. Mezi lety 2006 a 2021 mělo 44 procent amerických padlých na svědomí nástražné výbušné systémy.
Právě tady mají stroje co nabídnout. Na vozidlo se dají pověsit běžné i termální kamery, dron uvázaný na kabelu, který vzlétne nad terén a dívá se dolů, nebo georadar schopný odhalit nálož v zemi. Konvoj bez lidí může jet rychleji a při zásahu nikdo neumírá. Autonomní vozidla mohou jet před konvojem s lidmi. Kolem cennějších cílů, tedy vojáků i bojových vozidel, se dá postavit ochranná slupka strojů, které vidí a chrání.
Ukrajinští pozemní velitelé mluví o tom, že v dohledné době nahradí bezosádkovými pozemními vozidly až 80 procent pěchoty. Realističtější čtení počítá s jemnějším rozdělením rolí. Formace zůstanou lidské, stroje se budou posílat před ně, aby napřed prozkoumaly terén, do kterého se jednotka chystá. K tomu se přidávají odvedení pozornosti, úderné úkoly i protidronová bublina nad lidmi. Zatím jde o znásobení schopností, ne o náhradu člověka. Stroje nejsou tak vynalézavé a přizpůsobivé jako on.
Dálkové ovládání, teleoperace a autonomie nejsou totéž
Tři pojmy se běžně směšují, přitom se liší zásadně. Dálkové ovládání znamená, že člověk drží ovladač, dívá se na vozidlo a řídí ho. Za hranicí dohledu je k ničemu.
Teleoperace jde o krok dál: operátor se dívá skrz senzory vozidla, obraz mu chodí po síti a podle něj řídí. Při dobrém satelitním nebo rádiovém spojení se dá vozidlo řídit z druhého konce světa. Cenou je lidská pozornost. Na Ukrajině obsluhuje jedno bezosádkové vozidlo někdy až pět lidí. A hlavně: kdo přeruší spojení, vyřadí stroj. Rušičkou se odřízne signál a z vozidla je nehybný terč.
Autonomie tuto závislost ruší. Vozidlo vnímá okolí, staví si vlastní model prostředí a plánuje trasu přímo na palubě. Operátor mu řekne, kam má dojet, a může se věnovat něčemu jinému, třeba dalšímu vozidlu. Když spojení padne, stroj pokračuje v úkolu. Není náhoda, že autonomii začínají do pozemních vozidel přidávat i Rusové, kteří na frontě dlouhodobě bojují s rušeným spojením.
Pět operátorů a pět set strojů
Autonomie má dvě patra. Palubní autonomie řeší jedno vozidlo: čte terén, rozhoduje o jízdě. Misijní autonomie koordinuje vozidla mezi sebou, aby splnila společný úkol. Právě druhé patro se teď staví.
Cílová představa firmy je konkrétní. Pět lidí ovládá pět set strojů, každý zhruba stovku. Operátor vidí satelitní mapu se všemi prostředky, jejich polohou a neseným vybavením, označuje je, seskupuje, posílá skupiny na místo a spouští jejich vybavení. Předloha je přiznaná: strategie v reálném čase typu StarCraft nebo Warcraft. Je to totiž jedno z mála prostředí, kde člověk skutečně ovládá stovky jednotek najednou, takže se z něj dají převzít hotové nástroje pro označování a řízení skupin.
K tomu přibývají asistenti postavení na umělé inteligenci. Operátor zadá, že chce přesunout deset vozidel do prostoru a zajistit průzkum, a systém mu nabídne, jak to provést. Rozhodnutí zůstává na člověku, systém mu jen zrychluje volbu. Pozemní vozidla se přitom mají propojit s leteckými prostředky a s velitelskými systémy do jednoho obrazu bojiště. Nikoli ale pod jeden umělý mozek, který by rozhodoval za všechny.
Průlom obranným pásmem, do kterého nikdo nemusí
Nejpřesvědčivější ukázku přineslo cvičení African Lion, jedno z největších v Africe, kde americké jednotky nacvičují spolu s partnerskými zeměmi. Zapojila se do něj 173. výsadková brigáda se dvěma vozidly Ultra. První neslo dálkově ovládanou zbraňovou stanici CROWS s kulometem M240 a jelo napřed zajistit prostor. Druhé se drželo za ním, dojelo k místu průlomu a odpálilo raketou vynášenou prodlouženou nálož, tedy výbušnou šňůru, která se vystřelí dopředu a výbuchem vytvoří bezpečný koridor. Ten pak prověří další vozidlo.
Prolamování obranných překážek patří k nejnebezpečnějším činnostem vůbec. Každý úsek překážkového pásma má protivník pod dohledem a ženisté, kteří se do něj vydají, jsou přednostním cílem. I u úspěšného průlomu se počítá se ztrátami kolem 50 procent. Autonomní varianta odsud podle odhadu jednotky odstraní skoro dvě čety, tedy asi 40 lidí.
Podobně vypadá adopce v dalších útvarech. Firma prošla přes dvacet různých útvarů. U 82. výsadkové divize strávila zhruba půl roku přímo mezi vojáky, včetně výcvikové rotace ve středisku JRTC v Louisianě. Začínalo se zásobováním, protože to lidi napadne první. Pak přibyly kamery a drony, vozidla se zapojila do průzkumu a odstřelovači je používali jako návnadu. První krok je dostat techniku do rukou vojákům a nechat je vymyslet, k čemu ji potřebují.
Roboti u soupeřů a otázka robotického Pearl Harboru
O tom, co dělá Čína, se dá soudit hlavně z akademických prací. Vyplývá z nich, že pracuje na několika typech pozemních robotů, zkouší začlenit robotické čtyřnožce do pěchotních formací a vyvíjí autonomii pro jízdu mimo cesty. Americký náskok zatím trvá, ale Čína ho dohání.
Protidronová obrana bude vrstvená. Vysokoenergetické mikrovlnné systémy vedle kinetických prostředků, tedy interceptorů a kulometů. Když dron projde jednou vrstvou, chytí ho druhá. A když padne část vozidel, nastoupí další.
Nabízí se srovnání s Pearl Harborem. V roce 1941 vzlétlo ze šesti letadlových lodí 353 japonských letounů, za necelé dvě hodiny potopily nebo vyřadily všech osm bitevních lodí a zabily přes 2400 Američanů. Varování přitom existovala, japonské šifry byly prolomené. Kongres později konstatoval, že neselhalo zpravodajství, ale představivost. Nikdo si útok nedokázal představit, dokud přístav nehořel.
Varování jsou i dnes. Roboti se na obou stranách používají na Ukrajině, Čína vyrábí většinu světových dronů a představila nosný letoun konstruovaný k vypuštění až stovky kamikaze dronů v jediném roji. Úkolem oboru je zajistit, aby ti, kdo rozhodují, věděli, co technika umí. Potíž je v tom, že skutečné se lidem věci stávají obvykle až v okamžiku, kdy je zažijí.
Patnáct kusů místo deseti tisíc
Zůstává otázka, proč první zakázka pokrývá patnáct vozidel, a ne deset tisíc. Odpověď zní: nákupní systém vznikl pro jinou dobu a pro jiný typ války. Ministerstvo obrany i jednotlivé složky se snaží zrychlit a některé nové nástroje zabraly, včetně Defense Innovation Unit a zjednodušených způsobů zadávání zakázek. Cesta od univerzitního výzkumu k výrobní smlouvě za tři roky je na technologický obor pomalá, na obranné zakázky bleskurychlá. Stejně to nestačí.
Kontrast s Ukrajinou je ostrý. Ukrajinci přebírají techniku tak rychle, jak dokážou, protože jde o jejich existenci. Odhady mluví o zhruba dvou milionech obětí konfliktu, z toho asi o milionu a půl na ruské straně. Kdo prohraje, přestane existovat, a podle toho se rozhoduje. Spojené státy tento tlak necítí. Mají prostor techniku v klidu vyvinout a proměnit s ní ozbrojené síly, chybí jim ale naléhavost. Luxus a překážka v jednom.
Výroba se zatím rozjíždí v Seattlu a za půl roku vzrostla pětinásobně. Poptávka převyšuje kapacitu.
Závěr
Technika existuje, jezdí a jednotky ji zkoušejí. Úzkým hrdlem není software, ale rychlost, s jakou stát dokáže novou schopnost koupit a zavést. Zároveň se blíží okamžik, kdy přestane být teoretická otázka, kdo smí vypnout bezpečnostní pojistku a kde končí lidské rozhodnutí. Zatím platí, že stroj jede sám, ale spoušť mačká člověk. Pravidlo, které nedrží fyzika, nýbrž dohoda.
