可“獨(dú)立思考”！浙大在頂刊發(fā)布“微型空中機(jī)器人”，能自主編隊(duì)成群飛行

大數(shù)據(jù)文摘轉(zhuǎn)載自機(jī)器人大講堂

一群閃著神秘藍(lán)光的微型空中機(jī)器人懸停半空，繼而靈巧自如地穿梭在一片茂密竹林中……5月5日，一項(xiàng)在未知復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)機(jī)器人成群、快速避障飛行的成果以封面文章形式發(fā)表在機(jī)器人領(lǐng)域權(quán)威期刊《科學(xué)·機(jī)器人學(xué)》（Science Robotics）上。

這些“藍(lán)精靈”是由浙江大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院、湖州研究院團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研發(fā)的一群微型智能空中機(jī)器人，它們時(shí)而靈巧地掠過(guò)低矮灌木叢，時(shí)而交叉飛行變換隊(duì)形，宛如林中小鳥(niǎo)翩翩起舞相互追逐。

區(qū)別于傳統(tǒng)的大型軍事無(wú)人機(jī)，空中機(jī)器人泛指一類具有高度智能化的無(wú)人自主飛行器。它是人工智能與現(xiàn)代飛行器結(jié)合的產(chǎn)物，也是機(jī)器人科學(xué)與技術(shù)發(fā)展最為活躍的領(lǐng)域之一。

在未知復(fù)雜環(huán)境中的成群結(jié)隊(duì)飛行，一直被看作是機(jī)器人與人工智能領(lǐng)域的一大技術(shù)瓶頸。在兩年多的研究中，科研團(tuán)隊(duì)解決了未知復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器人單機(jī)與群體的智能導(dǎo)航與快速避障方法等一系列核心技術(shù)，將只能在電影里面看到的場(chǎng)面帶到現(xiàn)實(shí)世界。

據(jù)悉，該論文第一作者為浙江大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生周鑫，通訊作者為該院高飛博士和許超教授。

大規(guī)模的機(jī)器人空中編隊(duì)表演早已屢見(jiàn)不鮮，通過(guò)前期的衛(wèi)星定位和軌跡編碼，能夠?qū)崿F(xiàn)千變?nèi)f化的造型。

然而一旦失去地面計(jì)算機(jī)的控制，這些機(jī)器人群體就會(huì)“群龍無(wú)首”，甚至撞到障礙物跌落下來(lái)。

“人字形的大雁、井然有序的鴿群，當(dāng)我們仰望天空，自然界中飛鳥(niǎo)的集群總讓我們思考它們是如何保持隊(duì)形的?！?/span>

許超說(shuō)，讓機(jī)器人像鳥(niǎo)兒一樣能夠成群自由地飛翔，道法自然，這是我們及國(guó)際同行們苦苦追尋的最高境界。

通過(guò)集體的協(xié)同努力，浙大團(tuán)隊(duì)研發(fā)出小巧輕便、自主可控又能成群結(jié)隊(duì)的飛行系統(tǒng)。單個(gè)空中機(jī)器人只有手掌大小，比一聽(tīng)可樂(lè)的重量還要輕。

浙大研發(fā)的這款新型機(jī)器人在僅使用機(jī)載視覺(jué)、機(jī)載計(jì)算資源的情況下，實(shí)現(xiàn)了在野外樹(shù)林復(fù)雜環(huán)境下感知周圍障礙物、定位自身位置及生成飛行路徑、以及多智能體通訊等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破。

“我們讓機(jī)器人看得懂世界，主動(dòng)避開(kāi)障礙物，實(shí)現(xiàn)群體飛行?！备唢w說(shuō)。

“我們還為空中機(jī)器人打造了一個(gè)智慧大腦?！痹S超說(shuō)，盡管處理器只有拇指大小，但是它能夠獨(dú)立計(jì)算處理飛行過(guò)程中遇到的海量信息。

“把物理世界的運(yùn)動(dòng)信息表征成一系列的數(shù)學(xué)問(wèn)題，關(guān)鍵是要識(shí)破復(fù)雜問(wèn)題背后隱秘的特殊數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，化繁為簡(jiǎn)，利用捉襟見(jiàn)肘的機(jī)載計(jì)算資源完美破題。”

對(duì)于這一成果，網(wǎng)友紛紛點(diǎn)贊：

許超介紹，從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到硬件調(diào)試，從算法研發(fā)到代碼編寫，從實(shí)驗(yàn)測(cè)試到系統(tǒng)優(yōu)化，都完全由浙大團(tuán)隊(duì)師生完成，“在國(guó)際上能夠獨(dú)立完成全流程工作的團(tuán)隊(duì)，也是屈指可數(shù)?！?/span>

在研發(fā)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)在智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自主化等多方面技術(shù)發(fā)展中取得了突破，這項(xiàng)成果也將對(duì)工業(yè)界的機(jī)器換人和產(chǎn)業(yè)升級(jí)產(chǎn)生積極作用。

談及未來(lái)應(yīng)用，高飛認(rèn)為，在火災(zāi)等搜救場(chǎng)景中，小型集群機(jī)器人能夠更好實(shí)現(xiàn)搜救目標(biāo)，減少搜救人員風(fēng)險(xiǎn)；在地形勘探中，也可以快速對(duì)人員無(wú)法到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行建模。

“生活中有很多場(chǎng)景都能用到我們這項(xiàng)技術(shù)，比如掃地或服務(wù)機(jī)器人，如果裝上了我們研發(fā)的‘智慧大腦’，就會(huì)更加聰明?！?/span>

論文鏈接：

隨著世界科技的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異，人工智能、云計(jì)算已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)，智能化、信息化和自動(dòng)化的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。

現(xiàn)階段，在微型無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，技術(shù)較為先進(jìn)的主要有美國(guó)、日本、以色列以及我國(guó)等多個(gè)國(guó)家。

雖然很多國(guó)家和研究機(jī)構(gòu)在微型無(wú)人機(jī)的研發(fā)方面取得了巨大的進(jìn)展，可還存在能量續(xù)航、整機(jī)質(zhì)量、機(jī)動(dòng)性能以及大小尺寸等方面的限制。

除了首要的動(dòng)力、續(xù)航問(wèn)題，低雷諾數(shù)下空氣動(dòng)力學(xué)特性的研究、機(jī)體零部件的小型化、機(jī)體飛行抗干擾性能以及穩(wěn)定性能的提升、導(dǎo)航系統(tǒng)與任務(wù)設(shè)備、飛行器結(jié)構(gòu)和材料等關(guān)鍵技術(shù)，都是未來(lái)微型無(wú)人機(jī)領(lǐng)域需要解決的問(wèn)題。

由此可見(jiàn)，微型無(wú)人機(jī)的發(fā)展還是面臨著諸多的挑戰(zhàn)。不過(guò)隨著科研機(jī)構(gòu)以及重點(diǎn)大學(xué)對(duì)微型無(wú)人機(jī)的研發(fā)，我們相信，未來(lái)微型無(wú)人機(jī)的技術(shù)會(huì)不斷成熟，前景也會(huì)愈發(fā)廣闊。

點(diǎn)「在看」的人都變好看了哦！