Ernst Dickmann

Ernst Dieter Dickmanns es un pionero alemán de la visión artificial dinámica y de los coches sin conductor. Dickmanns ha sido profesor en la Universidad Bundeswehr de Múnich (1975-2001) y profesor visitante en Caltech y en el MIT, donde impartió cursos sobre "visión dinámica".

Dickmanns nació en 1936. Estudió aeronáutica y aeroespacial en la RWTH de Aquisgrán (1956-1961) e ingeniería de control en la Universidad de Princeton (1964/65). De 1961 a 1975 trabajó en el Instituto Alemán de Investigación Aeroespacial (ahora DLR) de Oberpfaffenhofen, donde trabajó en los campos de la dinámica de vuelo y la optimización de trayectorias. En 1971/72 realizó una estancia de investigación postdoctoral en el Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA en Huntsville (reentrada en órbita). De 1975 a 2001 trabajó en la Universidad de Múnich, donde inició el 'Institut fuer Flugmechanik und Systemdynamik' (IFS), el Institut fuer die 'Technik Autonomer Systeme' (TAS) y las actividades de investigación en visión artificial para el guiado de vehículos.

A principios de los años 80, su equipo equipó una furgoneta Mercedes-Benz con cámaras y otros sensores. La furgoneta de cinco toneladas fue rediseñada para que fuera posible controlar el volante, el acelerador y los frenos mediante comandos informáticos basados en la evaluación en tiempo real de secuencias de imágenes. Se escribió un software que traducía los datos sensoriales a comandos de conducción adecuados. Por razones de seguridad, los experimentos iniciales en Baviera se llevaron a cabo en calles sin tráfico. En 1986, el coche robot "VaMoRs" logró conducirse por sí solo y en 1987 era capaz de conducirse a velocidades de hasta 96 kilómetros por hora (60 mph).

Uno de los mayores desafíos en la conducción autónoma de alta velocidad surge a través de los rápidos cambios visuales de las escenas callejeras. En aquel entonces, las computadoras eran mucho más lentas que hoy (~1% del 1%); por lo tanto, se necesitaban estrategias sofisticadas de visión artificial para reaccionar en tiempo real. El equipo de Dickmanns resolvió el problema mediante un enfoque innovador de la visión dinámica. Se utilizaron modelos espaciotemporales desde el principio, denominados "enfoque 4-D", que no necesitaban almacenar imágenes previas pero, no obstante, podían generar estimaciones de todos los componentes de posición y velocidad 3-D. El control de la atención, incluidos los movimientos sacádicos artificiales de la plataforma que transportaba las cámaras, permitió que el sistema centrara su atención en los detalles más relevantes de la entrada visual. Los filtros de Kalman se han extendido a las imágenes en perspectiva y se utilizaron para lograr una conducción autónoma robusta incluso en presencia de ruido e incertidumbre. La retroalimentación de los errores de predicción permitió evitar la inversión (mal condicionada) de la proyección en perspectiva mediante ajustes de parámetros de mínimos cuadrados.

Cuando en 1986/87 la industria automovilística europea inició el proyecto EUREKA "PROGRAMA para un tráfico europeo de máxima eficiencia y seguridad sin precedentes" (PROMETHEUS) (financiado en el orden de varios cientos de millones de euros), el sistema de guiado lateral autónomo inicialmente previsto mediante cables enterrados se abandonó y se sustituyó por el enfoque de visión artificial mucho más flexible propuesto por Dickmanns, en parte impulsado por sus éxitos. Participaron la mayoría de las principales empresas automovilísticas, así como Dickmanns y su equipo en cooperación con Daimler-Benz AG. En los 7 años siguientes se lograron avances sustanciales. En particular, los coches robot de Dickmanns aprendieron a circular en el tráfico en diversas condiciones. Un conductor humano acompañante con un "botón rojo" se aseguraba de que el vehículo robot no se descontrolara y se convirtiera en un peligro para el público. Desde 1992, la conducción en el tráfico público se convirtió en la norma como último paso en las pruebas en el mundo real. Se utilizaron varias docenas de Transputers, una clase especial de computadoras paralelas, para hacer frente a las enormes demandas computacionales (según los estándares de la década de 1990).

En 1994/95 se alcanzaron dos puntos culminantes, cuando el Mercedes-Benz Clase S autónomo rediseñado por Dickmanns realizó demostraciones internacionales. La primera fue la presentación final del proyecto PROMETHEUS en octubre de 1994 en la autopista 1 cerca del aeropuerto Charles-de-Gaulle en París. Con invitados a bordo, los vehículos gemelos de Daimler-Benz (VITA-2) y UniBwM (VaMP) recorrieron más de 1.000 kilómetros (620 millas) en la autopista de tres carriles en tráfico pesado estándar a velocidades de hasta 130 kilómetros por hora (81 mph). Se han demostrado la conducción en carriles libres, la conducción en convoy manteniendo la distancia en función de la velocidad y los cambios de carril a la izquierda y a la derecha con adelantamiento autónomo; este último requirió interpretar la escena de la carretera también en el hemisferio trasero. Para este propósito se han utilizado en paralelo dos cámaras con diferentes longitudes focales para cada hemisferio.

El segundo punto culminante fue un viaje de 1.758 kilómetros (1.092 millas) en el otoño de 1995 desde Munich en Baviera a Odense en Dinamarca para una reunión de proyecto y de regreso. Tanto la guía longitudinal como la lateral se realizaron de forma autónoma mediante visión. En las autopistas, el robot alcanzó velocidades superiores a 175 kilómetros por hora (109 mph) (no hay límite de velocidad general en la Autobahn). Las publicaciones del grupo de investigación de Dickmann indican una distancia media conducida de forma autónoma sin reinicios de ~9 kilómetros (5,6 millas); el tramo más largo conducido de forma autónoma alcanzó los 158 kilómetros (98 millas). Más de la mitad de los reinicios necesarios se lograron de forma autónoma (sin intervención humana). Esto es particularmente impresionante considerando que el sistema utilizó cámaras de video en blanco y negro y no modeló situaciones como sitios de construcción de carreteras con marcas de carril amarillas; Se han gestionado cambios de carril a más de 140 kilómetros por hora (87 mph) y otros tráficos con una velocidad relativa superior a 40 kilómetros por hora (25 mph). En total, se logró un 95 % de conducción autónoma (por distancia).

Entre los años 1994 y 2004, la antigua furgoneta de 5 toneladas, llamada "VaMoRs", se utilizó para desarrollar las capacidades necesarias para circular por redes de carreteras secundarias (también sin asfaltar) y para la conducción campo a través, incluida la evitación de obstáculos negativos como zanjas. Girar en cruces de ancho y ángulos de intersección desconocidos requería un gran esfuerzo, pero se ha logrado con la "visión sacádica multifocal basada en expectativas" (visión EMS). Esta visión de tipo vertebrado utiliza capacidades de animación basadas en el conocimiento sobre las clases de sujetos (incluido el propio vehículo autónomo) y su comportamiento potencial en determinadas situaciones. Este rico bagaje se utiliza para el control de la mirada y la atención, así como para la locomoción.

Además de la guía de vehículos terrestres, también se han investigado aplicaciones del enfoque 4-D para la visión dinámica de vehículos aéreos no tripulados (aviones convencionales y helicópteros). Se han demostrado aproximaciones y aterrizajes visuales autónomos en simulaciones de hardware en el circuito con fusión de datos visuales e inerciales. En 1992 se realizaron aproximaciones visuales autónomas de aterrizaje en el mundo real hasta poco antes del aterrizaje con el avión de doble hélice Dornier 128 de la Universidad de Brunswick en el aeropuerto de esa ciudad.

Otro éxito de esta tecnología de visión artificial fue el primer experimento de agarre controlado visualmente de un objeto que flotaba libremente en condiciones de ingravidez a bordo de la misión D2 del transbordador espacial Columbia en 1993 como parte del experimento "Rotex" del DLR.

• coche sin conductor

• Numerosos documentos de investigación de Ernst Dickmanns (Google Scholar)
• Visión dinámica de Ernst D. Dickmanns