从MIT的新式无人船,聊聊机器人的“组队打野”模式

时间:2019-12-03 10:18:13 来源: 网络

大多数科技爱好者可能幻想未来的海洋竞赛将由智能战舰在各种行动、战斗、探险等中进行。在海上,完全没有人类的参与...

事实上,无人驾驶船只早已不是什么新鲜事了。例如,2012年,加州赛德隆公司开始使用自动化无人驾驶舰队收集全球海洋的实时数据。此外,它还被应用于物资运送、人员搜索和救援、巡逻监测、通信等方面。

但与此同时,无人驾驶船只拥有稳定的导航能力和在复杂危险水域处理紧急情况的能力,并不比无人驾驶车辆困难。

丹麦启动了无人驾驶船只的研发项目,挪威为无人驾驶船只开放了试验区,荷兰尝试使用“浮动自动驾驶无人驾驶船只”运载人员和货物。近年来,我们的人工智能、物联网、自动控制等数据迅速与船舶行业融合,为智能无人驾驶船舶的发展提供了汹涌澎湃的技术可行性。

目前,主流商用无人船的本质是携带一台取样机和一台传感器分析仪,可以进行实时分析,并通过电池实现约5小时的导航。这确实解放了一些显示器,但是单一的功能和服务方案也大大降低了它们无限的商业和技术可能性。

然而,为了让无人驾驶船只在复杂海域执行更困难的任务,它们需要有高性能的精确算法来处理紧急情况并做出正确的决策,以及与外部环境交互的高灵敏度传感器和稳定快速的网络通信。然而,这并不容易实现。2016年,麻省理工学院的研究人员测试了一个原型机器人,它可以沿着预设的路径向前、向后和侧向移动,但仅此而已。

我们知道,为了让自动驾驶汽车尽快上路,技术巨头们经常不遗余力地投资,甚至改造城市道路。近年来,发展了“汽车-道路协调”技术,即对路面、栅栏、交通标志、信号灯、涵洞等进行数字化改造。以便他们能够将信息发送给车辆本身,从而使车辆与汽车、车辆与道路之间的关系更加清晰和安全。

无人驾驶船只没有这种好东西,因为人类无法在浩瀚的海洋中为它们建立如此高密度的数据网络。除了基于动态图表和天气预报的导航外,无人驾驶船舶与卫星相结合,不可避免地会遇到操作人员远程操作失败、海上避碰事故等问题,以及传感系统的局限性,这是无人驾驶船舶在水面上大规模应用的一大难点。

除了技术限制之外,无人驾驶船只的经济性也一直存在争议。尽管与传统船只相比,它可以节省建造成本、人工成本和燃料成本。但是,需要增加新的自动化设备和高精度传感仪器,建立岸基远程控制中心,重新启动操作计划和人员培训。背后隐藏的成本也将阻碍大量潜在用户。

总的来说,我们不难感觉到,无人驾驶船舶除了引起公众舆论的关注之外,还没有顺利进入工业视野,并大规模释放其应用价值。这背后的原因很复杂,但核心实际上是两个:1。缺乏智能锁定了应用场景;2.边际成本太高,商业价值有限。

然而,科学家们也不断给无人驾驶船只提供新的能力。最近,麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(csail)的研究人员开发了一种新的闭锁系统,可以使无人驾驶船只克服水流干扰,并具有新的“变形”能力。

这艘自治飞船的“团队编队和疯狂战斗”带来的想象与一艘无人飞船完全不同。

首先,舰队形态具有倍增级感知能力,每个船体组合在一起实现1+1>2的数据协同效应。每个救生艇船体都配备有硬件,如传感器、推进器、微处理器、gps模块、摄像机等。它们一起使得复杂的通信和控制成为可能,并且可以在河流和水面上实现毫米级的精确连接和组合。

研究人员已经培养了一名协调员和一名工人。一个或多个工人连接到协调器以形成“连接容器平台”。每个协调者都知道并可以与所有连接的工作人员进行无线通信。然后cvp比较初始形状和新形状之间的几何差异,使用定制轨迹规划技术计算到达目标位置的方式和最短轨迹,并决定是否移动和分割。

效果很明显。测试在麻省理工学院的游泳池和稍微有些湍流的查尔斯河进行。机器人船通常可以在大约10秒钟内或几次失败后成功连接成一个团队。

此外,车队形式在功能上更加高效和灵活。虽然这款3d打印机器人船的尺寸仅为前一版本的1/4,但它通过定制的闩锁机构连接,以无碰撞的路径移动,并重新连接到新装配配置中的适当位置。

事实上,在阿姆斯特丹,机器人船队计划在晚上进行垃圾收集。他们在运河路上漫步,找到并连接到有垃圾桶的平台上,然后把它们拖回垃圾收集设施,从而使运河恢复活力,并通过夜间作业释放人力。

与此同时,由于形状的改变,矩形机器人船将被组合在一起,这也将收获传统无人船所不具备的能力——建造临时水上设施。如桥梁和舞台,以帮助缓解城市繁忙街道上的拥挤状况。在麻省理工学院的演示池和计算机模拟中,一组组相连的机器人船单元从直线或正方形重新排列成其他形状,如矩形和“L”形,整个过程只需几分钟。

研究人员认为,他们的轨迹规划算法可以建造更大的城市建筑。未来,他们将在阿姆斯特丹市中心的尼莫科学博物馆和正在开发的mariteretrin区之间建造一座横跨60米运河的“动态桥梁”。搭载乘客后,如果在水路上发现什么,这些无人驾驶船只将会停下来或者改变航向。

机器船一旦投入使用,白天会派人送货,晚上会加班加点做垃圾管理和物流,偶尔会组装成音乐会舞台、食品市场平台等结构。恐怕最勤奋的人类劳动模范只能与之匹敌。这些船只还可以配备环境传感器来监测城市水域,了解城市和人类的健康状况。

当然,机器人仍然是一个实验项目。然而,我们发现无人驾驶船只正在从单独作战转变为敏感和动态的代理,它们在水面上协同工作以完成更多的任务。从这个变化中,我们可以很容易地为未来的机器人合作找到一些灵感。

论文发表后,荷兰阿姆斯特丹代尔夫特理工大学认知机器人学助理教授哈维尔·阿隆索·莫拉(javier alonso mora)表示:“在运河里分组集合机器人是个好主意。”

恐怕这种动态解决方案可以解决几个长期以来局限于无人驾驶船只的问题。

首先,它能扩展到更多的场景吗?

传统的无人驾驶船舶只能在相对宽阔的水域作业,但随着可组装成各种形状的灵活船队的出现,无人驾驶船舶可以成为城市基础设施的重要补充,将一些活动从陆地转移到海上。一方面,它可以解决道路拥堵问题,也给无人驾驶船技术更多的商业想象。

第二,我们能突破技术目标的上限吗?

过去,我们对机器智能的期望是它像l5自动汽车和波士顿动力机器人一样高度智能。然而,这种技术方案的缺点也越来越明显,例如输入成本高、训练周期长、算法难度大以及难以在现实中着陆。roboat灵活解决方案的核心是“移除大脑”。机器人不需要高智能。只要他们像蚂蚁一样一起工作,他们就能完成许多复杂的任务。

这不是一个孤立的案例。事实上,科学家已经让纳米机器人形成“蚁群”来运送和清洁人类血管。它被认为是癌症治疗的新希望。

目前,似乎更多的机器人船可以自由组合形成综合代理。这种集中式分布式系统也使得无人驾驶船舶技术更加真实。

第三,能否实现大规模低成本制造?

除了在技术上更有实用价值之外,与传统的需要复杂硬件(如帆板)的无人驾驶船只相比,尺寸更小的摩托艇可以完全通过3d打印生产,而且价格更便宜。通过运动和形态转换的叠加,可以实现更复杂的功能,显然更容易打破一些产业投资的顾虑。

科学作家凯文·凯利曾在《失控》中写道,机器人未来将在“分散分布式系统”模式下运行,大量“愚蠢”的个体在分工下执行艰难的行为。从这个角度来看,能够穿越海洋并在浅水中游泳的无人驾驶船只可能正在“蚁群智能”中成为现实。


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