在湖州安吉的一片竹林中,由浙江大学控制科学与工程学院、湖州研究院团队研发的一群微型智能空中机器人,正自如穿梭其间——它们时而灵巧地掠过低矮灌木丛,时而交叉飞行变换队形,就像是林中小鸟翩翩起舞相互追逐。

在未知复杂环境中的成群结队飞行,一直被看作是机器人与人工智能领域的一大技术瓶颈。在两年多的研究中,科研团队解决了机器人智能导航与快速避障方法等一系列核心技术,将只能在电影里面看到的场景带到现实世界。

这项成果于北京时间5月5日刊登在机器人领域权威期刊《科学·机器人》(Science Robotics),并被选为期刊5月封面论文。论文第一作者为浙江大学控制科学与工程学院博士研究生周鑫,通讯作者为该院高飞博士和许超教授。

大规模的机器人(无人机)空中编队表演早已屡见不鲜,然而一旦失去地面计算机的控制,这些机器人群体就会“群龙无首”,甚至撞到障碍物跌落下来。“人字形的大雁、井然有序的鸽群,当我们仰望天空,自然界中飞鸟的集群总让我们思考它们是如何保持队形的。”许超说,让机器人像鸟儿一样能够成群自由地飞翔,这是他们及国际同行们苦苦追寻的最高境界。

通过集体的协同努力,浙大团队研发出小巧轻便、自主可控又能成群结队的飞行系统。单个空中机器人只有手掌大小,比一听可乐的重量还要轻。

这款新型机器人,实现了在野外树林复杂环境下,感知周围障碍物、定位自身位置、生成飞行路径以及多智能体通讯等多项关键技术突破。“现在,机器人可以‘看懂’世界了,通过主动避开障碍物,实现群体飞行。”高飞说。“我们还为空中机器人打造了一个智慧大脑。”许超介绍,尽管处理器只有拇指大小,但是它能够独立计算处理飞行过程中遇到的海量信息。

许超表示,从图纸设计到硬件调试,从算法研发到代码编写,从实验测试到系统优化,都完全由浙大师生团队完成,“在国际上能够独立完成全流程工作的团队,也是屈指可数。”在研发过程中,团队在智能化、网络化、自主化等多方面技术发展中取得了突破,这项成果将对工业界的机器换人和产业升级产生积极作用。

谈及未来应用,高飞认为:在火灾等搜救场景中,小型集群机器人能够更好实现自主搜救目标,减少搜救人员风险;在地形勘探中,可以快速对人员无法到达的区域进行建模。“生活中有很多场景都能用到我们这项技术,比如扫地机器人或服务员机器人,如果装上了我们研发的‘智慧大脑’,就会更加聪明。”(通讯员 柯溢能 吴雅兰 记者 王泽英)

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