从麻省理工学院的新无人驾驶飞船谈论机器人的“团队形成和激烈战斗”模式

大多数科技爱好者可能会幻想未来的海洋竞赛将由智能战舰在各种作战、战斗、探险等中进行。在海上,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,它还应用于物资运送、人员搜救、巡逻监控、通讯等方向。

但与此同时,无人驾驶船只拥有稳定的导航能力以及在复杂和危险的水域处理紧急情况的能力,也不比无人驾驶船只困难。

朝着深蓝色前进,无人驾驶的船只仍然需要穿越峡谷。

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辟了一个试验区,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,我国的人工智能、物联网、自动控制等数据正在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,主流商用无人驾驶船的本质是携带一个采样机和一个传感器分析仪,可以进行实时分析,并通过电池实现5小时左右的导航。这确实解放了一些监视器,但是单一的功能和服务场景也大大减少了它们无限的商业和技术可能性。

然而,为了让无人驾驶船舶在复杂海域执行更困难的任务,他们需要能够处理紧急情况并做出正确决策的高性能精确算法,以及能够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(MIT)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,科技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“车路协调”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。这样他们就可以把信息发送给车辆本身,从而使车辆和汽车、车辆和道路之间的关系更加清晰和安全。

无人驾驶船只没有这样的好东西,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之外,结合卫星,无人驾驶船舶不可避免地会遇到诸如操作者远程操作失败、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主要困难。

除了技术上的限制,无人驾驶船只的经济性也一直备受争议。虽然它可以节省建筑成本,劳动力成本和燃料成本相比,传统的船舶。但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,重新启动作业计划和人员培训。它背后隐藏的成本也会让大量潜在用户望而却步。

总的来说,我们不难感觉到,除了引起公众舆论的关注之外,无人驾驶船舶并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。

木制森林:麻省理工学院的机器人船音乐会

然而,科学家也不断给无人驾驶船只新的能力。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,这种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。

这艘自主飞船的“团队编队和激烈战斗”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的感知能力,并且每一个船体都结合起来实现了1 12的数据协同效应。每艘船都装有硬件,如传感器、推进器、微处理器、全球定位系统模块、照相机等。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中实现毫米级的精确连接和组合。

研究人员培养了一名协调员和一名工人。一个或多个工人被连接到协调器以形成“连接船平台”。每个协调者都知道并能够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来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点汹涌的查尔斯河进行。机器船通常可以在10秒钟左右或几次失败后成功地连接成一个团队。

此外,车队形式在功能上更加高效和灵活。尽管这种3D打印机器人船的尺寸只有以前版本的1/4,但它通过定制的闭锁机构连接,在无碰撞路径中移动,并在新的装配配置中重新连接到适当的位置。

事实上,在阿姆斯特丹,机器人舰队正计划在夜间进行垃圾收集。他们在运河道路上漫步,找到并连接有垃圾桶的平台,然后将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。

同时,由于形状的改变,矩形机器人船被组合在一起,这也将获得传统无人驾驶船所不具备的——能力,并建造临时的水上设施。如桥梁和舞台,以帮助缓解城市繁忙街道的拥堵。在麻省理工学院的演示池和计算机模拟中,一组组相连的机器船单元被从直线或正方形重新排列成其他形状,如矩形和“L”形,整个过程只需要几分钟。

研究人员相信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马里特里特林区之间的60米运河上建造一座“动态桥梁”。搭载乘客后,如果在水道上发现什么东西,这些无人驾驶的船只会停下来或者改变航向。

一旦roboat投入使用,它将派人在白天运送货物,在晚上加班处理垃圾和物流,偶尔组装成音乐会舞台、食品市场平台和其他结构。恐怕最勤奋的人类劳动模范也只能匹配。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,机器人船仍然是一个实验项目。然而,我们发现无人驾驶的船只正在从单独作战转变为敏感而有活力的代理人,他们在水面上一起工作以完成更多的任务。从这一变化中,我们可以很容易地找到一些未来机器人合作的灵感。

当机器进入协作时代,城市会变成什么样?

这篇论文发表后,荷兰阿姆斯特丹代尔夫特科技大学认知机器人学助理教授哈维尔阿隆索莫拉说:“在运河里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?

传统的无人驾驶船只只能在相对较宽的水域作业,但随着可以组装成各种形状的灵活船队的出现,无人驾驶船只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洋。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,它与L5自动汽车和波士顿动力机器人一样智能。然而,这种技术方案的缺点也越来越明显,如输入成本高、训练周期长、算法难度大、难以在现实中落地。roboat灵活解决方案的核心是“移除大脑”。机器人不需要高智商。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。这被认为是癌症治疗的新希望。

目前,似乎有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外,与需要复杂硬件(如帆板运动)的传统无人驾驶船只相比,这种机器船体积更小,完全可以通过3D打印生产,而且价格更便宜。通过运动和形态变换的叠加,可以实现更复杂的功能,并且显然更容易打破一些对工业投资的顾虑。

科学作家凯文凯利曾在《失控》中写道,未来的机器人将在“分散的分布式系统”模式下运行,大量“愚蠢”的个体在分工下执行困难的行为。从这个角度来看,无人驾驶的船只可以穿越海洋,在浅水中游泳,这可能会成为“蚁群智能”的现实。