TED日本語 - クリス・ガーデス: 未来のレーシングカー


TED Talks(英語 日本語字幕付き動画)

TED日本語 - クリス・ガーデス: 未来のレーシングカー

TED Talks


The future race car -- 150mph, and no driver


Chris Gerdes


あなたより運転が上手い自律走行車が誕生する?事故を起こさずに時速240㎞で走るロボット・レーシングカーの研究開発を行うクリス・ガーデス。彼はプロ・レーサーの脳波の研究から、人間の直感的な動きに対する認識を新たにしたと言います。(撮影 TEDxスタンフォード)


So, how many of you have ever gotten behind the wheel of a car when you really shouldn't have been driving? Maybe you're out on the road for a long day, and you just wanted to get home. You were tired, but you felt you could drive a few more miles. Maybe you thought, I've had less to drink than everybody else, I should be the one to go home. Or maybe your mind was just entirely elsewhere.

Does this sound familiar to you? Now, in those situations, wouldn't it be great if there was a button on your dashboard that you could push, and the car would get you home safely? Now, that's been the promise of the self-driving car, the autonomous vehicle, and it's been the dream since at least 1939, when General Motors showcased this idea at their Futurama booth at the World's Fair.

Now, it's been one of those dreams that's always seemed about 20 years in the future. Now,two weeks ago, that dream took a step forward, when the state of Nevada granted Google's self-driving car the very first license for an autonomous vehicle, clearly establishing that it's legal for them to test it on the roads in Nevada. Now, California's considering similar legislation, and this would make sure that the autonomous car is not one of those things that has to stay in Vegas.


Now, in my lab at Stanford, we've been working on autonomous cars too, but with a slightly different spin on things. You see, we've been developing robotic race cars, cars that can actually push themselves to the very limits of physical performance.

Now, why would we want to do such a thing? Well, there's two really good reasons for this. First, we believe that before people turn over control to an autonomous car, that autonomous car should be at least as good as the very best human drivers. Now, if you're like me, and the other 70 percent of the population who know that we are above-average drivers, you understand that's a very high bar. There's another reason as well. Just like race car drivers can use all of the friction between the tire and the road, all of the car's capabilities to go as fast as possible, we want to use all of those capabilities to avoid any accident we can.

Now, you may push the car to the limits not because you're driving too fast, but because you've hit an icy patch of road, conditions have changed. In those situations, we want a car that is capable enough to avoid any accident that can physically be avoided.

I must confess, there's kind of a third motivation as well. You see, I have a passion for racing. In the past, I've been a race car owner, a crew chief and a driving coach, although maybe not at the level that you're currently expecting. One of the things that we've developed in the lab -- we've developed several vehicles -- is what we believe is the world's first autonomously drifting car. It's another one of those categories where maybe there's not a lot of competition.


But this is P1. It's an entirely student-built electric vehicle, which through using its rear-wheel drive and front-wheel steer-by-wire can drift around corners. It can get sideways like a rally car driver, always able to take the tightest curve, even on slippery, changing surfaces, never spinning out.

We've also worked with Volkswagen Oracle, on Shelley, an autonomous race car that has raced at 150 miles an hour through the Bonneville Salt Flats, gone around Thunderhill Raceway Park in the sun, the wind and the rain, and navigated the 153 turns and 12.4 miles of the Pikes Peak Hill Climb route in Colorado with nobody at the wheel.



I guess it goes without saying that we've had a lot of fun doing this. But in fact, there's something else that we've developed in the process of developing these autonomous cars. We have developed a tremendous appreciation for the capabilities of human race car drivers. As we've looked at the question of how well do these cars perform, we wanted to compare them to our human counterparts. And we discovered their human counterparts are amazing. Now, we can take a map of a race track, we can take a mathematical model of a car, and with some iteration, we can actually find the fastest way around that track. We line that up with data that we record from a professional driver, and the resemblance is absolutely remarkable.

Yes, there are subtle differences here, but the human race car driver is able to go out and drive an amazingly fast line, without the benefit of an algorithm that compares the trade-off between going as fast as possible in this corner, and shaving a little bit of time off of the straight over here. Not only that, they're able to do it lap after lap after lap. They're able to go out and consistently do this, pushing the car to the limits every single time. It's extraordinary to watch. You put them in a new car, and after a few laps, they've found the fastest line in that car, and they're off to the races.

It really makes you think, we'd love to know what's going on inside their brain. So as researchers, that's what we decided to find out. We decided to instrument not only the car, but also the race car driver, to try to get a glimpse into what was going on in their head as they were doing this. Now, this is Dr. Lene Harbott applying electrodes to the head of John Morton. John Morton is a former Can-Am and IMSA driver, who's also a class champion at Le Mans. Fantastic driver, and very willing to put up with graduate students and this sort of research. She's putting electrodes on his head so that we can monitor the electrical activity in John's brain as he races around the track.

Now, clearly we're not going to put a couple of electrodes on his head and understand exactly what all of his thoughts are on the track. However, neuroscientists have identified certain patterns that let us tease out some very important aspects of this. For instance, the resting brain tends to generate a lot of alpha waves. In contrast, theta waves are associated with a lot of cognitive activity, like visual processing, things where the driver is thinking quite a bit. Now, we can measure this, and we can look at the relative power between the theta waves and the alpha waves. This gives us a measure of mental workload, how much the driver is actually challenged cognitively at any point along the track.

Now, we wanted to see if we could actually record this on the track, so we headed down south to Laguna Seca. Laguna Seca is a legendary raceway about halfway between Salinas and Monterey. It has a curve there called the Corkscrew. Now, the Corkscrew is a chicane, followed by a quick right-handed turn as the road drops three stories. Now, the strategy for driving this as explained to me was, you aim for the bush in the distance, and as the road falls away, you realize it was actually the top of a tree.

All right, so thanks to the Revs Program at Stanford, we were able to take John there and put him behind the wheel of a 1960 Porsche Abarth Carrera. Life is way too short for boring cars. So, here you see John on the track, he's going up the hill -- Oh! Somebody liked that -- and you can see, actually, his mental workload -- measuring here in the red bar -- you can see his actions as he approaches. Now watch, he has to downshift. And then he has to turn left. Look for the tree, and down.

Not surprisingly, you can see this is a pretty challenging task. You can see his mental workload spike as he goes through this, as you would expect with something that requires this level of complexity. But what's really interesting is to look at areas of the track where his mental workload doesn't increase. I'm going to take you around now to the other side of the track. Turn three. And John's going to go into that corner and the rear end of the car is going to begin to slide out. He's going to have to correct for that with steering. So watch as John does this here. Watch the mental workload, and watch the steering. The car begins to slide out, dramatic maneuver to correct it, and no change whatsoever in the mental workload. Not a challenging task. In fact, entirely reflexive.

Now, our data processing on this is still preliminary, but it really seems that these phenomenal feats that the race car drivers are performing are instinctive. They are things that they have simply learned to do. It requires very little mental workload for them to perform these amazing feats. And their actions are fantastic. This is exactly what you want to do on the steering wheel to catch the car in this situation.

Now, this has given us tremendous insight and inspiration for our own autonomous vehicles. We've started to ask the question: Can we make them a little less algorithmic and a little more intuitive? Can we take this reflexive action that we see from the very best race car drivers, introduce it to our cars, and maybe even into a system that could get onto your car in the future? That would take us a long step along the road to autonomous vehicles that drive as well as the best humans.

But it's made us think a little bit more deeply as well. Do we want something more from our car than to simply be a chauffeur? Do we want our car to perhaps be a partner, a coach, someone that can use their understanding of the situation to help us reach our potential? Can, in fact, the technology not simply replace humans, but allow us to reach the level of reflex and intuition that we're all capable of?

So, as we move forward into this technological future, I want you to just pause and think of that for a moment. What is the ideal balance of human and machine? And as we think about that, let's take inspiration from the absolutely amazing capabilities of the human body and the human mind.

Thank you.


皆さんの中で 運転すべき状態ではないのに ハンドルを握ったことが ある方はいますか? 一日中 車に乗っていて ただ家にたどり着きたい こともありますね 疲れているけど もう少しだから大丈夫だと思う もしかしたら 他の人ほど飲んでいないから 大丈夫だと思うことも あるでしょう 考え事をしながら 運転することもあるでしょう

心当たりはありませんか? そんな時 ダッシュボードのボタンを押すだけで 安全に家にたどり着けたら 最高じゃありませんか? 1939年の万博博覧会で GMがフューチュラマを発表して以来 運転手が必要ない自律走行車が 実現されると言われてきました

良くある 遠い未来の 夢のような話だと思われてきました しかし 2週間前 その夢が 現実に一歩近づきました ネバダ州がGoogleの無人自動車に ― 初のナンバープレートを発行したのです ネバダ州の公道では その自律走行車のテストが可能です カリフォルニア州も同じような 法律を検討しています ラスベガス以外では通用しない ― 自律走行車にならないと いいですけどね


スタンフォード大学の 私の研究室でも 自律走行車の研究を行っていますが  他とは少し異なり ― ロボット・レーシングカーの 開発を行っています 物理の限界まで 性能が発揮できる車です

なぜ そんな研究をしているのか? 理由は2つ あります 人が自律走行車に 操縦を任せる前に 自律走行車が 最高の運転技術を持つ ― 人間に追いつく必要が あると考えたのです 私を含む 国民の70%は 自分の運転は平均以上だ と思っていますから ― 非常にレベルが高い基準です もうひとつ理由があります レーシング・ドライバーは ― タイヤと路面の摩擦力を 巧みに利用して 車のスピード性能を 最大限に引き出します そういった人間の能力を全て利用して 事故を防止したいのです

車が性能の限界に直面するのは スピードを出しすぎた時だけ とは限りません 例えば 凍結した路面などの ― コンディションの変化があります そういった状況でも 車の性能次第で 事故は避けられます

実は第3の理由もあります 私はレース好きなのです レーシングカーを所有していた こともあります チーフ・エンジニアや ドライビング・コーチもしました 今 皆さんが想像しているような すごいレースじゃありませんけど 我々の研究室で開発した車には ― 何台も開発しているのですが ― 世界初と我々が自負する 自律ドリフトカーがあります ライバルが存在しない カテゴリーですけどね


このP1は 学生たちが 作った電気自動車です 前輪にステアバイワイヤ方式を採用した 後輪駆動車で コーナーをドリフト走行します ラリー車みたいに ドリフトしながら走ります 急カーブでも失敗しません 滑りやすい路面でも 路面コンディションが変化しても ― スピンしません

フォルクスワーゲン・オラクルとは 自律走行車のシェリーを共同開発しました この車はボンネビル・ソルトフラット で時速240㎞を達成し サンダーヒル・レースウェイパークでは 太陽 風 雨に耐え コロラドのパイクピーク・ヒルクライムでは 153コーナー 12.4マイルを走破しました 誰も運転していないのに



お分かりとは 思いますが すごく楽しい研究です また このような自律走行車の 開発過程で知ったことがあります レーシング・ドライバーの 運転技術のすごさです 自律走行車の性能と 人間の運転能力を比較しました そして 人間の能力の高さに 驚嘆しました コース図を持ってきて 車の数学モデルを持ってきて 作業を繰り返せば 最速の走行ラインが分かります このデータを プロのドライバーの 走行データと比較すると 驚くほど似ているのです

もちろん わずかな違いはあります しかし 人間のレーサーは 驚くほど速い走行ラインを 走っています このコーナーでスピードを 最大限に出したら このストレートのタイムが 少し落ちるなど 比較する必要もありません そればかりか 彼らは 何周も続けて ― 同じことができる コースに出て行くたびに ― 必ず車の性能を限界まで 引き出すことができる 見ていると本当に 感心します 新しい車に乗せても 数周走っただけで 最速走行ラインを見つけて レースへ出かけて行きます

全く不思議です 彼らの脳内で何が起きて いるのでしょう? 我々は研究者ですから それを調べることにしました 車だけではなく ドライバーにも 計測装置を付けました 運転中のドライバーの頭の中を 覗いて見るためです これは レーヌ・ハーボット博士が ジョン・モートンの頭に電極をつけている所です 彼はCanAmやIMSAに 出場していた元レーサーで ルマンでもクラス優勝しました 素晴らしいドライバーです 学生や こんな実験にも耐えてくれました 彼の頭に電極を付けて 走行中の脳の ― 電気活動をモニターするのです

もちろん 電極をいくつか付けただけで 走行中の彼の思考が全て 分かるわけではありません しかし神経科学者の研究によって 脳波には特定のパターンが あることが分かっています 例えば 安静時の脳は たくさんのアルファ波を発します それに対して シータ波は 視覚処理や 思考などの 活発な認識活動を表します これを測定することで シータ波とアルファ波の 強さが比較できます 精神作業負荷が計測できるのです コースのどの地点で ドライバーの 認識力がどれくらい 駆使されているかが分かります

実際にコースに出て これを記録しようと ラグナセカへ行きました 伝説のサーキットです サリナスとモントレーの中間にあります ここにはコルクスクリューという 名前のコーナーがあります コルクスクリューはシケインで それに続く ― 高速右コーナーは3階分の 高低差がある下り坂です ここの運転を説明して もらったことがあります 遠くの茂みを目標にしていたのに 下り坂に突入すると それは 木のてっぺんだったそうです

幸いスタンフォード大学には Revsプログラムがありますので ジョンをそこへ連れて行き 1960年型ポルシェ・カレラ・アバルトに 乗ってもらいました 普通の車じゃ 面白くありませんからね これがコースを走るジョンです 上り坂を上がっています あっ すごいですね ご覧の通り 精神労働負荷は 赤い棒で表示されています 走りと一緒に変化しますからね シフトダウンします 左へ曲がります 木を見ながら 下ります

難しい運転だということが 分かりますね ご覧の通り 彼の精神労働負荷は ― 複雑な動きになると 跳ね上がります でも本当に面白いのは 彼の精神労働負荷が 全く変わらない場所なんです これからお見せするのは コースの反対側です 第3コーナーに ジョンが突入します 車体後部は外側へ振られます 彼は軌道修正しなければなりません その様子をご覧下さい 精神労働負荷とハンドルの 動きを見て下さい 車がスライドし 急なハンドル操作で修正しますが 精神労働負荷は全く変わりません 難しい運転ではない ということです 反射的にやっているのです

これに関するデータ分析は 始めたばかりですが レーシング・ドライバーは こういった離れ業を 直感的に行っているようです 習慣的に身につけている動きなので 精神労働負荷は ほとんどありません 素晴らしい動きです 状況に適した 実に素晴らしいハンドル操作です

これが 我々の自律走行車の研究に アイデアとインスピレーションを 与えてくれました 我々は考えました アルゴリズムから少し離れて 直感的な動きを導入できないか? トップクラスのレーシング・ドライバーの 反射的な動きを研究し 我々の自律走行車や 一般車のシステムに 取り入れることはできないのか? 最高の運転技術を持つ人間に 自律走行車を近づけるには まだ長い道のりが必要です

しかし 我々は深く 考えるようになりました 運転手の代わりになってくれる車  というだけで良いのだろうか? 相棒であり コーチであり 状況判断できる車ならば 我々の可能性も広がるのではないか? 人間をただ技術に 置き換えるのではなく 技術が 我々の 反射神経や直感を 最大限に引き出して くれるのではないか?

技術は発展していますが ちょっと立ち止まって 考えてみて下さい 人間と機械の 理想的なバランスとは? それを考えると同時に 人間の体や知能が持つ 驚くべき能力のことを 考えてみて下さい



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