自主思考的空中機器人成群結隊飛出浙大，登Science子刊封面

新智元報道

編輯：時光

【新智元導讀】大陸自主研發的飛行規劃器等于給無人機安裝了智慧大腦，它不僅可以自主規劃路線，還能成功進行避障。

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，它們遊刃有餘地穿梭叢林。

看，這既像軍事演習，又猶如小鳥穿越林間。

4.5MB

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

論文位址：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？

在茂密的森林裡，對于無人機來說，這就是混亂的環境。

如此環境下，一個無人機都很難找到路線，更不用說成群結隊的「群體導航」了。

現在，大陸自主研發的規劃器等于給無人機裝上了「智慧大腦」，不僅可以精準規劃路線，還可以身輕如燕巧妙避障。

因為，在未知複雜環境中成群結隊的自主飛行，一直被看作是AI與機器人飛行的一大技術瓶頸。

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

在叢林裡飛進去，飛出來，身形矯健，這不就是中國武俠片裡頭的鏡頭？

唉，人還是太重啦，難免毀壞竹林，破壞生态。

那麼，我們研發的微型無人機呢，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：

那麼，這些無人機群是如何實作智能飛行的呢？

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，無人機成功避障後規劃的飛行路線。

事實上，野外的障礙物不計其數，于是，無人機就要對這些避障任務一一完成。

識别這些障礙物之後，無人機就能精準規劃出自己的路線。

即便前途漫漫布滿荊棘，無人機也足夠聰明，能夠自主規劃路線。

研究團隊

論文第一作者為浙江大學控制科學與工程學院博士研究所學生周鑫，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，當我們仰望天空，自然界中飛鳥的叢集總讓我們思考它們是如何保持隊形的。」許超教授說。

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

「我們為空中機器人打造了一個智慧大腦。」許超教授說。

研究關鍵是做到了化繁為簡。許超教授認為，「把實體世界的運動資訊表征成一系列的數學問題，識破複雜問題背後隐秘的特殊數學結構。」

然後，利用機載計算資源完美破題。

盡管處理器隻有拇指大小，但是，它能夠獨立計算處理飛行過程中遇到的海量資訊。

單個空中機器人隻有手掌大小，比一瓶可樂的重量還要輕。通過集體的協同努力，浙大團隊研發出小巧輕便、自主可控又能成群結隊的飛行系統。

「我們讓機器人看得懂世界，主動避開障礙物，實作群體飛行。」高飛副研究員說。

在僅使用機載視覺、機載計算資源的情況下，這些無人機實作了在野外樹林複雜環境下感覺周圍障礙物。

另外，這些無人機還能定位自身位置及生成飛行路徑，實作多智能體通訊等多項關鍵技術突破。

許超教授還認為，研究在智能化、網絡化、自主化等多項技術取得了突破，這項成果也将對工業界的機器人和産業更新産生積極作用。

「生活中有很多場景都能用到我們這項技術，比如掃地或服務機器人，如果裝上了我們研發的「智慧大腦」，就會更加聰明。」高飛副研究員這樣說到。

談及未來應用，高飛認為，在火災等搜救場景中，小型叢集機器人能夠更好實作搜救目标，減少搜救人員風險；在地形勘探中，也可以快速對人員無法到達的區域進行模組化。

參考資料：

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

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