自主思考的空中機器人成群結(jié)隊飛出浙大，登Science子刊封面

新智元報道

編輯：時光

【新智元導(dǎo)讀】我國自主研發(fā)的飛行規(guī)劃器等于給無人機安裝了智慧大腦，它不僅可以自主規(guī)劃路線，還能成功進(jìn)行避障。

最近，在浙江安吉的一片竹林中，一群微型智能無人機正在集體出動，它們游刃有余地穿梭叢林。

看，這既像軍事演習(xí)，又猶如小鳥穿越林間。

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這些機器人編隊，時而輕巧掠過叢林，時而交叉變換隊形，如雁陣飛過，如蝴蝶起舞。

其實，這是由浙江大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院、浙大湖州研究院完成的一項研究，發(fā)表在今年5月份的《科學(xué)》子刊《科學(xué)·機器人》（Science Robotics）上。

論文地址：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abm5954

穿越叢林

無人機如何自主找到最佳航線？

在茂密的森林里，對于無人機來說，這就是混亂的環(huán)境。

如此環(huán)境下，一個無人機都很難找到路線，更不用說成群結(jié)隊的「群體導(dǎo)航」了。

現(xiàn)在，我國自主研發(fā)的規(guī)劃器等于給無人機裝上了「智慧大腦」，不僅可以精準(zhǔn)規(guī)劃路線，還可以身輕如燕巧妙避障。

因為，在未知復(fù)雜環(huán)境中成群結(jié)隊的自主飛行，一直被看作是AI與機器人飛行的一大技術(shù)瓶頸。

然而，在2年多的研究中，浙大團(tuán)隊努力解決了這個問題，其核心就是智能導(dǎo)航和快速避障。

在叢林里飛進(jìn)去，飛出來，身形矯健，這不就是中國武俠片里頭的鏡頭？

唉，人還是太重啦，難免毀壞竹林，破壞生態(tài)。

那么，我們研發(fā)的微型無人機呢，它還沒有一瓶可樂重！

于是，這些智能微型無人機群可以這樣飛：

它還可以這樣飛：

那么，這些無人機群是如何實現(xiàn)智能飛行的呢？

不是說條條大路通羅馬嘛，有了障礙并不可怕，無人機可以繞飛。

上圖中間那條曲線就是，無人機成功避障后規(guī)劃的飛行路線。

事實上，野外的障礙物不計其數(shù)，于是，無人機就要對這些避障任務(wù)一一完成。

識別這些障礙物之后，無人機就能精準(zhǔn)規(guī)劃出自己的路線。

即便前途漫漫布滿荊棘，無人機也足夠聰明，能夠自主規(guī)劃路線。

研究團(tuán)隊

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，通訊作者為該院的許超教授和高飛副研究員。

「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形的?！乖S超教授說。

讓機器人像鳥兒一樣能夠成群自由地飛翔，道法自然，這是研究團(tuán)隊苦苦追尋的研究目標(biāo)。

「我們?yōu)榭罩袡C器人打造了一個智慧大腦?！乖S超教授說。

研究關(guān)鍵是做到了化繁為簡。許超教授認(rèn)為，「把物理世界的運動信息表征成一系列的數(shù)學(xué)問題，識破復(fù)雜問題背后隱秘的特殊數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)?！?/p>

然后，利用機載計算資源完美破題。

盡管處理器只有拇指大小，但是，它能夠獨立計算處理飛行過程中遇到的海量信息。

單個空中機器人只有手掌大小，比一瓶可樂的重量還要輕。通過集體的協(xié)同努力，浙大團(tuán)隊研發(fā)出小巧輕便、自主可控又能成群結(jié)隊的飛行系統(tǒng)。

「我們讓機器人看得懂世界，主動避開障礙物，實現(xiàn)群體飛行?！垢唢w副研究員說。

在僅使用機載視覺、機載計算資源的情況下，這些無人機實現(xiàn)了在野外樹林復(fù)雜環(huán)境下感知周圍障礙物。

另外，這些無人機還能定位自身位置及生成飛行路徑，實現(xiàn)多智能體通訊等多項關(guān)鍵技術(shù)突破。

許超教授還認(rèn)為，研究在智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自主化等多項技術(shù)取得了突破，這項成果也將對工業(yè)界的機器人和產(chǎn)業(yè)升級產(chǎn)生積極作用。

「生活中有很多場景都能用到我們這項技術(shù)，比如掃地或服務(wù)機器人，如果裝上了我們研發(fā)的「智慧大腦」，就會更加聰明?！垢唢w副研究員這樣說到。

談及未來應(yīng)用，高飛認(rèn)為，在火災(zāi)等搜救場景中，小型集群機器人能夠更好實現(xiàn)搜救目標(biāo)，減少搜救人員風(fēng)險；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。

參考資料：

http://www.news.zju.edu.cn/2022/0505/c24345a2526071/page.htm

http://www.ailab.cn/robot/20220505128808.html

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