martedì 6 agosto 2019

PARTE L'INNOVAZIONE Le grandi sfide della DARPA





Di Ivan Amato

Quando il Congresso pubblicò il suo disegno di legge sull'autorizzazione alla difesa di 515 pagine per l'anno fiscale 2001, alcune righe di circa 40 pagine nel documento indirizzarono DARPA su quella che sarebbe diventata una delle missioni tecnologiche più efficaci dell'agenzia e, con crescente probabilità, che avrebbe cambiato il mondo. "Sarà un obiettivo delle forze armate raggiungere la messa in campo di una tecnologia senza pilota, controllata a distanza in modo tale che ... entro il 2015, un terzo dei veicoli operativi da combattimento a terra sono senza pilota", ha affermato il tomo. In effetti, è stata un'audace sfida tecnologica - che ha comportato progressi nel campo della robotica, dell'intelligenza artificiale, dei sensori e di altri componenti - per liberare il personale militare degli Stati Uniti. La leadership della DARPA ha accettato la sfida e la sua risolutezza si è rafforzata nei primi anni del millennio mentre i convogli della coalizione stavano subendo un attacco e subivano perdite sulle strade in Iraq.



La prima dimostrazione pubblica di tale risoluzione si è svolta il 13 marzo 2004, quando DARPA ha ospitato la prima Grand Challenge, progettata per accelerare lo sviluppo tecnologico in veicoli terrestri autonomi. Anche se nessun concorrente si è avvicinato nemmeno al completamento del percorso nel deserto di 142 miglia, tra Barstow, California e Primm, Nevada, per ottenere il premio da 1 milione di dollari, l'evento - e due sfide successive per accelerare lo sviluppo di terreni autonomi -veicolo tecnologico - dimostrerebbe di essere un momento di trasformazione nella storia della tecnologia dei veicoli senza conducente.

"Quella prima competizione ha creato una comunità di innovatori, ingegneri, studenti, programmatori, piloti fuoristrada, meccanici di cortile, inventori e sognatori che si sono riuniti per fare la storia cercando di risolvere un difficile problema tecnico", Tenente Col. Scott Wadle , Il collegamento di DARPA con il Corpo dei Marines degli Stati Uniti, ha dichiarato nel 2014 in occasione del decennale dell'evento. "Il nuovo pensiero che hanno portato è stata la scintilla che ha innescato importanti progressi nello sviluppo della tecnologia dei veicoli terrestri robotizzati autonomi negli anni successivi." Sarebbe anche l'abbraccio iniziale da parte del DARPA di una tattica potente ed efficace e incentivo per mobilitare il comunità di ricerca per offrire audaci nuove capacità tecnologiche.

"Dal 2004, DARPA ha costantemente utilizzato sfide basate su premi per sviluppare soluzioni innovative ad alcuni dei più difficili problemi di sicurezza nazionale", ha dichiarato il direttore DARPA Steven Walker nel marzo 2018 in una tavola rotonda della Casa Bianca sull'innovazione americana.

Un mese dopo, il 18 aprile, al 34° Symposium spaziale di Colorado Springs, DARPA ha annunciato ufficialmente la sua Challenge in cui i concorrenti si contenderanno un premio superiore di oltre $ 10 milioni in base alla loro performance in due lanci separati di piccoli satelliti in diversi avviare siti con breve preavviso, cambiando il paradigma da anni di pre-pianificazione e preparazione a giorni. Oltre a realizzare l'obiettivo tecnico di dimostrare agili capacità di lancio reattivo, la nuova sfida riguarda anche il nutrimento di un'industria nascente e una comunità di fornitori di servizi spaziali, ha detto alla riunione Fred Kennedy, direttore del Tactical Technology Office (TTO) della DARPA.

"Abbiamo operato in una modalità in cui ogni lancio spaziale che eseguiamo è un evento nazionale, che richiede grandi quantità di pianificazione, coordinamento e risorse finanziarie", ha osservato Todd Master, responsabile della DARPA Launch Challenge. “Guardiamo a un uso futuro dello spazio che passa da strategico a tattico, con l'accesso a orbita drammaticamente più frequente, a basso costo, che diventa la norma. La DARPA Launch Challenge ha lo scopo di mostrare come quel futuro può essere realizzabile."

Le competizioni di alto profilo, le sfide e gli incentivi ai premi sono stati notevolmente efficaci nel motivare gli innovatori a espandere i confini delle prestazioni e della tecnologia umana. Premi come gli Emmy e gli Oscar hanno ispirato individui e comunità creative a portare le loro rispettive arti a nuovi livelli. Il prestigio e le medaglie dei Giochi olimpici hanno spinto migliaia di concorrenti a offrire prestazioni atletiche più veloci, più alte, più lontane e più capaci che mai. Con il suo premio per aiutare gli Alleati a vincere la seconda guerra mondiale, il Progetto Manhattan per battere scienziati e ingegneri tedeschi nella corsa alle armi nucleari rappresentò una delle sfide tecnologiche più conseguenti di tutti i tempi.


Il vincitore della Grand Challenge 2005 della DARPA - "Stanley" - e il team che ha costruito il veicolo autonomo. Il programma DARPA Assured Autonomy sfrutta alcune delle ricerche introdotte più di dieci anni fa nella Grand Challenge del DARPA del 2005.


Le sfide tecnologiche hanno incentivato gli inventori e gli innovatori per secoli. Tra le prime, ancora più famose (sicuramente in parte a causa del libro di successo di Dava Sobel del 1995 Longitude), e la più trasformativa delle prime sfide tecnologiche fu l'offerta del governo britannico nel 1714 di £ 20.000 (equivalenti a più di $ 2 milioni oggi) a chiunque fornire una soluzione alla disastrosa incapacità di determinare la longitudine proprio in mare, un fallimento che di routine ha portato i navigatori a essere incerti sulla loro posizione e, di conseguenza, a una vasta perdita di vite umane e proprietà. Un impulso primario per il premio e la sfida fu un disastro in tempo di guerra il 22 ottobre 1707, in cui 1.550 marinai britannici a bordo di quattro navi da guerra sconfitte dalle intemperie nelle Isole di Scilly al largo della costa della Cornovaglia persero la vita, presumibilmente a causa dell'incapacità di calcolare accuratamente le loro posizioni. Nessun concorrente ha mai portato a casa il premio, ma in diverse parti e in gran parte più di mezzo secolo dopo l'apertura del premio, John Harrison, un falegname e orologiaio, ha ricevuto un compenso dal governo britannico per il suo cronometro marittimo che poteva fornire navigatori con cronometraggio in mare di precisione e stabilità senza precedenti.

Nicolas Appert, uno chef, un pasticciere, un produttore di sottaceti e un innovatore culinario, ha impiegato solo 15 anni per raccogliere il premio di 12.000 franchi (equivalente a più di $ 40.000 oggi) offerto dal governo francese nel 1795 per la sua invenzione di tecniche per preservare grandi quantità di cibo. Questa era una capacità che Napoleone Bonaparte, che notoriamente disse "un esercito marcia sul suo stomaco", desiderava ardentemente risolvere il problema della carenza di cibo che aveva limitato le sue ambizioni militari. Appert raccolse il premio nel 1810 per quello che equivaleva a una tecnica di imbottigliamento sterilizzante che non solo aiutò le truppe affamate di Napoleone, ma segnò anche l'inizio del moderno packaging alimentare.

Un famoso premio tecnologico ha accelerato il giorno del primo volo da New York a Parigi. Dopo la morte di sei aviatori e altri tre feriti nel tentativo di rivendicare il premio di $ 25.000 (equivalente a circa $ 300.000 oggi), offerto per la prima volta nel 1919 dal proprietario dell'hotel di New York Raymond Orteig per quel transatlantico, Charles Lindberg, nel suo aereo, lo Spirito di St. Louis, ha conquistato il premio e l'ammirazione mondiale nel 1927. Come molti premi tecnologici, il Premio Orteig ha innescato investimenti nello sviluppo della tecnologia che hanno superato il valore del premio stesso, aumentando al contempo l'interesse pubblico e la consapevolezza delle meraviglie e delle opportunità associate alle nuove tecnologie, in questo caso avanza nell'aviazione.


La sfida di rete di DARPA. La sfida era quella di essere i primi a presentare le posizioni di 10 palloni meteorologici rossi ormeggiati, 8 piedi, in 10 posizioni fisse negli Stati Uniti continentali.


L'elenco dei premi tecnologici è lungo. Nel 1829, un trio di inventori condivise 550 sterline inglesi per la costruzione di una locomotiva che pesava meno di 6 tonnellate ma che poteva tirare 20 tonnellate a 10 miglia all'ora. Nel 1865, John W. Hyatt raccolse $ 10.000 dalla ditta Phelan & Collender di Albany, New York, per lo sviluppo di un'alternativa in plastica di cellulosa all'avorio per la produzione di palle da biliardo, un'innovazione dei materiali che ha presagito l'era in corso dei polimeri. Nel 1979, una squadra guidata da Paul MacCready, Jr., vinse il premio Kremer da 100.000 sterline per il volo a propulsione umana per aver attraversato la Manica nel loro Gossamer Albatross. Nel 1997, il team di scacchi Deep Blue di IBM ha vinto il Premio Fredkin da $ 100.000 per lo sviluppo del primo programma per computer in grado di battere un campione mondiale di scacchi in carica. E, per finire qui con solo uno dei tanti altri possibili esempi, la società Mojave Aerospace Ventures ha vinto il premio Ansari X da 10 milioni di dollari nel 2004 - lo stesso anno in cui DARPA è entrata nel gioco Grand Challenge - per il raggiungimento di due voli suborbitali con equipaggio verso un'altitudine di 100 chilometri entro due settimane.
La prima adozione da parte della DARPA nel 2004 dell'approccio basato su premi per l'accelerazione dello sviluppo della tecnologia risiedeva nella richiesta da parte dei leader del Congresso di innovazioni che avrebbero permesso di sostituire i veicoli automatizzati con quelli gestiti da guerrieri come un modo per ridurre le perdite negli Stati Uniti nei conflitti. La DARPA Grand Challenge ha inizialmente attirato 106 domande da parte di squadre che desideravano competere per il premio da $ 1 milione, ma alla fine nessuno dei 15 finalisti è riuscito a superare le 9 miglia nel percorso nel deserto di 142 miglia. Diciotto mesi dopo, tuttavia, in una competizione a seguire, quattro squadre di una 195 originale hanno completato un percorso nel deserto di 132 miglia nel Nevada con una squadra della Stanford University che si è aggiudicata il premio da $ 2 milioni per la prestazione vincente del suo veicolo, Stanley. Nel 2007, solo due anni dopo, sei squadre hanno completato l'Urban Challenge, una seconda competizione successiva per stimolare innovazioni nell'automazione relative agli spazi di battaglia del paesaggio urbano che stavano diventando sempre più prevalenti negli attuali conflitti. Con il suo veicolo "Boss", un team della Carnegie Mellon University di Pittsburgh ha tagliato per primo il traguardo e ha vinto il premio da 2 milioni di dollari. Le squadre del secondo e terzo posto di Stanford e Virginia Tech hanno portato a casa rispettivamente $ 1 milione e $ 500.000.





"I progressi, da Challenge a Challenge, sono stati davvero spettacolari", ha dichiarato Brian Pierce, attuale direttore dell'Information Innovation Office della DARPA. Forse un risultato ancora più importante e consequenziale di questo trio di Sfide di veicoli autonomi rispetto alla capacità dei team di completare i corsi è stato che le Sfide hanno effettivamente reclutato un pool di talenti diversi in un obiettivo collettivo che ha richiesto l'affinamento di nuovi set di abilità e mentalità . Le sfide hanno creato una nuova comunità con obiettivi tecnologici mirati. Ha detto Pierce, "Molti di coloro che guidano oggi lo sviluppo di auto a guida autonoma hanno gareggiato nelle sfide". Un decennio dopo la sfida urbana, questa comunità tecnologica è impegnata in quello che ora sembra uno sprint verso una nuova era di trasporto in cui il guidatori umani occasionali saranno ciò che fa girare la testa in flotte enormi di veicoli senza conducente altrimenti automatizzati.

Dalla Urban Challenge del 2007, DARPA ha lanciato in media più di una nuova sfida tecnologica ogni anno. Nel 2009 "Red Balloon Challenge" - più formalmente "The Network Challenge" - il team vincitore del MIT è riuscito a sfruttare le tecniche di Internet e dei social network per affollare una rete nazionale di cercatori di palloncini che hanno localizzato con successo tutti e 10 i palloncini meteorologici rilasciati segretamente. La prodezza, che ha valso alla squadra il premio di $ 40.000, è durata poco meno di nove ore dall'annuncio a sorpresa del rilascio dei palloncini alla definizione di tutti e dieci i palloncini.

Nell'autunno del 2011, la Shredder Challenge della DARPA ha avuto scienziati informatici, appassionati di puzzle e altri concorrenti interessati che si sforzavano di fornire alle truppe statunitensi la capacità di ricostruire documenti che erano stati distrutti nelle zone di guerra e allo stesso tempo di identificare vulnerabilità di intelligence che potrebbero risiedere nelle pratiche di distruzione della comunità di sicurezza nazionale degli Stati Uniti. Con $ 50.000 di premi in denaro per la motivazione che si aggiungono alla soddisfazione di provare a rafforzare la sicurezza nazionale, 69 partecipanti hanno lottato con “cinque puzzle separati in cui il numero di documenti, l'oggetto del documento e il metodo di distruzione sono stati variati per presentare sfide di aumento difficoltà", afferma il sito Web della Shredder Challenge archiviato. "Per completare ogni problema, ai partecipanti è stato richiesto di fornire la risposta a un puzzle incorporato nel contenuto del documento ricostruito." Raccogliendo il punteggio complessivo più alto in base al numero e alla difficoltà dei problemi risolti, il team che si è definito " Tutti i tuoi brandelli appartengono agli Stati Uniti "è stato nominato vincitore del Shredder Challenge il 2 dicembre 2011.

Una delle sfide di alto profilo dell'Agenzia, la DARPA Robotics Challenge (DRC), è culminata all'inizio di giugno 2015 sul terreno di Fairplex a Pomona, in California. I robot umanoidi di otto delle 23 squadre partecipanti sono riusciti a completare un percorso progettato con otto compiti di soccorso in caso di catastrofe - come guidare un'auto, salire le scale, girare una valvola e maneggiare utensili elettrici - entro i 60 minuti previsti. Le prime tre squadre hanno portato a casa $ 2 milioni, $ 1 milione e $ 500.000 di premi. La stampa ha avuto una giornata campale con le inevitabili cadute e le debolezze di una tecnologia robotica tutt'altro che matura, ma come le sfide dei veicoli autonomi prima di essa, la RDC ha contribuito a creare una comunità di ricerca sul can-do le cui ambizioni e fiducia sono state rafforzate da la competizione. Lo stesso si può dire del Cyber ​​Grand Challenge, o CGC, che si è svolto in tempo reale a Las Vegas il 4 agosto 2016, di fronte a 5.000 spettatori, molti degli hacker che stavano partecipando a DEF CON, un famoso incontro annuale di hacker.
"Sono enormemente gratificato per il raggiungimento dell'obiettivo principale di CGC, che era quello di fornire una chiara prova del principio secondo cui la cyber defence a velocità di macchina e scalabile è davvero possibile", ha dichiarato Mike Walker, ex responsabile del programma DARPA che ha lanciato la Challenge nel 2013, a conclusione della competizione dal vivo. "Sono sicuro che arriverà il giorno in cui gli attaccanti in rete non avranno più il vantaggio intrinseco di cui godono oggi".


Team Tartan Rescue’s robot, CHIMP, earned the third-highest score, 18 points, during the Dec. 20-21 DARPA Robotics Challenge Trials 2013. The team’s lead organization was the Carnegie Mellon University National Robotics Engineering Center.

Alla base dell'abbraccio iniziale e continuo di DARPA ai premi e alle sfide di incentivazione è stata l'autorizzazione legislativa concessa dal Congresso, come specificato nel Codice U.S. § § 2374a, persino per offrire premi in denaro. Altrimenti nota come "Autorità dei premi DOD", la legge consente all'Agenzia di "assegnare premi in denaro e altri tipi di premi che il Segretario ritiene appropriati per riconoscere risultati eccezionali nella ricerca di base, avanzata e applicata, sviluppo tecnologico e sviluppo di prototipi che hanno il potenziale per essere applicato all'esecuzione delle missioni militari del Dipartimento della Difesa."

Ad aumentare l'autorità a livello federale per offrire sfide incentivanti garantite dal denaro è stato l'America COMPETES Reauthorization Act del 2010, che ha dato un cenno legale a tutte le agenzie federali per condurre concorsi e assegnare premi. Secondo Challenge.gov, la stanza di compensazione del governo per le sfide dei premi federali, da quando il sito web è stato lanciato nel 2010, le agenzie federali hanno offerto oltre 825 premi in cui oltre 250.000 partecipanti hanno gareggiato per "oltre $ 250 milioni in premi in denaro insieme ad altri premi di incentivazione preziosi e unici. ”Da parte sua, DARPA si sta avvicinando alla sua ventesima sfida tecnologica con le ultime novità tra cui la Spectrum Collaboration Challenge, la Subterranean (SubT) Challenge e la Launch Challenge.

Il settore civile e quello no profit sono pieni di ambiziose sfide di incentivazione. Tra i più noti di questi vi sono il programma di sovvenzioni Grand Challenges Explorations che la Fondazione Bill & Melinda Gates gestisce dal 2008 e la Fondazione XPRIZE, che si descrive così sulla sua landing page di Twitter in questo modo:
 “Concorsi enormi e rivoluzionari. Tecnologia e innovazione dirompenti e rivoluzionarie. Siamo un catalizzatore a beneficio dell'umanità. Un motore di innovazione."
Numerosi sono gli argomenti che i campioni di particolari sfide hanno evocato per giustificare il progresso. Un breve elenco di motivi per considerare l'organizzazione di una sfida che la leadership DARPA ha compilato nel 2017 azzerato su questi:
• Risolvere un problema che ha eluso soluzioni con mezzi tradizionali
• Promuovere l'innovazione attraverso soluzioni non tradizionali o impreviste
• Sviluppare una nuova comunità di ricerca e sviluppo che attiri talenti diversi e allarghi la base di artisti
• Incoraggiare lo STEM (scienza, tecnologia, ingegneria e matematica) nelle popolazioni studentesche
• Attrarre il tipo di attenzione pubblica che può aiutare il reclutamento, informare il Congresso e in generale migliorare il "marchio" DARPA
 DARPA tende ad abbracciare un approccio Sfida quando quella tattica ha maggiori possibilità di raggiungere tutti questi risultati desiderati in concerto rispetto al i tradizionali approcci di sviluppo tecnologico dell'agenzia - come un programma DARPA standard e un processo di ricerca del contratto, convocazione di giornate di settore e social media familiari, affari pubblici e attività di sensibilizzazione. È stato sviluppato un modello di leadership DARPA per aiutare a qualificare un potenziale centro problematico “appropriato alla sfida” sulle seguenti cinque domande:
• È possibile affermare il problema in modo sufficientemente dettagliato da limitare i parametri in un paradigma competitivo?
• È possibile risolvere questo problema con mezzi più tradizionali?
• Se il problema è risolto, chi ne beneficia e quanto è significativo quel vantaggio?
• Il problema è fattibile, cioè può essere risolto senza violare le leggi della fisica?
• Esistono metriche chiare per valutare il successo nella risoluzione del problema?


I sette contendenti automatizzati, o sistemi di ragionamento informatico, delle finali di Cyber Grand Challenge sono pronti a competere il 4 agosto 2016.


L'attuale slancio nella tecnologia dei veicoli autonomi sta conferendo retroattivamente saggezza agli organizzatori delle tre sfide dei veicoli autonomi oltre un decennio fa. È troppo presto per dire se lo stesso alla fine si applicherà, diciamo, alla più recente Cyber ​​Grand Challenge, ma questo è solo un promemoria per ricordare che i problemi che queste Sfide stanno cercando di risolvere sono difficili e richiedono tempo per risolverli. "Allo stesso modo in cui il primo volo dei fratelli Wright - sebbene non sia andato molto lontano - ha lanciato una catena di eventi che hanno rapidamente reso il mondo un posto molto più piccolo, ora abbiamo visto per la prima volta l'autonomia che coinvolge il tipo di ragionamento necessario per la difesa informatica", ha dichiarato il direttore della CGC Walker. "Questo è un enorme progresso rispetto a dove il mondo della cyber difesa era ieri."

La sfida sotterranea (SubT) lanciata di recente "mira a fornire capacità di consapevolezza situazionale precedentemente inimmaginabili per operazioni sotterranee" da parte di combattenti di guerra e primi soccorritori, ha affermato Timothy Chung, responsabile del programma nel TTO di DARPA. "Abbiamo raggiunto un punto cruciale in cui i progressi della robotica, dell'autonomia e persino dei sistemi biologici potrebbero permetterci di esplorare e sfruttare ambienti sotterranei che sono troppo pericolosi per l'uomo", ha aggiunto il direttore del TTO Fred Kennedy. "Attraverso la sfida sotterranea DARPA, stiamo invitando le comunità scientifiche e ingegneristiche - nonché il pubblico - a utilizzare la loro creatività e intraprendenza per elaborare nuove tecnologie e concetti per rendere accessibile l'inaccessibile."





 Quando è stato vicedirettore della politica presso l'Ufficio della politica scientifica e tecnologica della Casa Bianca di Obama, Tom Kalil, ora Chief Innovation Officer di Schmidt Futures, ha iniziato quella che per lui è stata una campagna continua per instillare un'etica della sfida nella vasta mentalità pubblica. Il suo obiettivo, ha affermato in un'intervista all'inizio di quest'anno, è stato quello di aumentare, diversificare, accelerare e altrimenti elevare l'adozione di audace innovazione come un valore che può favorire il bene pubblico.

Sfide e premi di incentivazione, ha osservato Kalil nel 2012 durante un discorso alla Information Technology and Innovation Foundation, “accendono i riflettori su un obiettivo ambizioso senza dover prevedere quale squadra o approccio avrà maggiori probabilità di successo. I premi incentivi ci aiutano a superare i «soliti sospetti» per aumentare il numero di menti che affrontano un problema, portando prospettive fuori dalla disciplina e ispirando l'assunzione di rischi offrendo condizioni di parità".


Il Red Team di Carnegie Mellon è entrato nel DARPA Grand Challenge 2005 come il favorito per vincere. Avevano guidato il gruppo nell'evento del 2004 e avevano gestito con successo i loro due Humvees autonomi pesantemente modificati, H1ghlander e Sandstorm, per finte corse attraverso il deserto per settimane senza problemi. Quando H1ghlander partì sul percorso fuoristrada di 212 km (132 mi) all'alba dell'8 ottobre 2005, guidò il gruppo e gradualmente si allontanò dal robot di Stanford, Stanley.

 DARPA ha aggiunto l'approccio Grand Challenge alla sua borsa di sviluppo tecnologico e trucchi per la costruzione di comunità solo nel 2004. Come indica l'attuale traiettoria verso un mondo pieno di veicoli autonomi, l'Agenzia ha goduto di un potenziale successo che cambia il mondo con le sue prime tre sfide, tutti progettati per migliorare la tecnologia dei veicoli autonomi. Altre sfide, tra cui la DARPA Robotics Challenge e la Cyber ​​Grand Challenge, mostrano segni che anche loro, nel tempo, potrebbero dimostrarsi presciosi e consequenziali nei rispettivi settori come le prime Sfide DARPA.
Come li ha definiti Kalil, le Grandi Sfide sono "obiettivi ambiziosi ma raggiungibili che catturano l'immaginazione del pubblico e che richiedono innovazione e scoperte nella scienza e nella tecnologia". Tale definizione si adatta bene al modo di pensare e di fare istituzionale della DARPA. Rivela anche che la stessa DARPA equivale a una grande sfida in corso con l'obiettivo ambizioso ma raggiungibile di fornire una cultura dll'innovazione che identifichi e aiuti costantemente a realizzare quelle tecnologie non ancora necessarie per diventare tecnologie attuali.






 Articolo tratto dalla brochure della DARPA del 2018 per il sessantennale dalla sua fondazione; documento in PDF che puoi scaricare qui sotto.


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