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日前,在湖州安吉的一片竹林中,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)研發(fā)的一群微型智能空中機(jī)器人,正自如穿梭其間——它們時(shí)而靈巧地掠過低矮灌木叢,時(shí)而交叉飛行變換隊(duì)形,就像是林中小鳥翩翩起舞相互追逐。
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面帶到現(xiàn)實(shí)世界。這項(xiàng)成果于北京時(shí)間5月5日刊登在機(jī)器人領(lǐng)域權(quán)威期刊《科學(xué)·機(jī)器人》(Science Robotics),并被選為期刊5月封面論文。
“麻雀雖小” 能自主思考
大規(guī)模的機(jī)器人空中編隊(duì)表演早已屢見不鮮,通過前期的衛(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)群龍無首甚至撞到障礙物跌落下來。
“人字形的大雁、井然有序的鴿群,當(dāng)我們仰望天空,自然界中飛鳥的集群總讓我們思考它們是如何保持隊(duì)形的。”浙江大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院、論文通訊作者許超教授說,讓機(jī)器人像鳥兒一樣能夠成群自由地飛翔,道法自然,這是我們及國際同行們苦苦追尋的最高境界。
通過集體的協(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,比一聽可樂的重量還要輕!拔覀冏寵C(jī)器人看得懂世界,主動(dòng)避開障礙物,實(shí)現(xiàn)群體飛行。”浙江大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院高飛博士說,浙大研發(fā)的這款新型機(jī)器人在僅使用機(jī)載視覺、機(jī)載計(jì)算資源的情況下,實(shí)現(xiàn)了在野外樹林復(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。
“我們還為空中機(jī)器人打造了一個(gè)智慧大腦!痹S超說,盡管處理器只有拇指大小,但是它能夠獨(dú)立計(jì)算處理飛行過程中遇到的海量信息!鞍盐锢硎澜绲倪\(yùn)動(dòng)信息表征成一系列的數(shù)學(xué)問題,關(guān)鍵是要識破復(fù)雜問題背后隱秘的特殊數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu),化繁為簡,利用捉襟見肘的機(jī)載計(jì)算資源完美破題!
登高跑遠(yuǎn) 能達(dá)無人之境
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)測試到系統(tǒng)優(yōu)化,都完全由浙大團(tuán)隊(duì)師生完成,“在國際上能夠獨(dú)立完成全流程工作的團(tuán)隊(duì),也是屈指可數(shù)。”
在研發(fā)過程中,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)成果也將對工業(yè)界的機(jī)器換人和產(chǎn)業(yè)升級產(chǎn)生積極作用。
談及未來應(yīng)用,高飛認(rèn)為,在火災(zāi)等搜救場景中,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,也可以快速對人員無法到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行建模!吧钪杏泻芏鄨鼍岸寄苡玫轿覀冞@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!睋(jù)悉,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。