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美國Vijay Kumar教授研發(fā)的無人機(jī)集群像蜜蜂一樣精準(zhǔn)避障

發(fā)布日期:2018-02-23??來源:機(jī)器人大講堂mp我要投稿我要評(píng)論

  提起無人機(jī),很多人第一個(gè)想到的肯定是大疆,這個(gè)無人機(jī)領(lǐng)域的蘋果真的將無人機(jī)這個(gè)小玩意打造的完美又可愛。但我們今天談?wù)摰闹攸c(diǎn)不是大疆,而是一個(gè)能真正引領(lǐng)著整個(gè)無人機(jī)領(lǐng)域技術(shù)變革的大神級(jí)人物Vijay Kumar教授和他的團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)的無人機(jī)們。

  相信很多人和我一樣,認(rèn)為無人機(jī)是是空氣動(dòng)力學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)等等人類智慧的完美結(jié)晶,與仿生的關(guān)系其實(shí)并不大。但是Vijay Kumar教授的一個(gè)執(zhí)念便是,將他們的小小無人機(jī)群打造的和蜜蜂一樣聰明。

  上圖是其團(tuán)隊(duì)最新發(fā)表在IEEE上的文章里的無人機(jī),這些小無人機(jī)相互碰撞在一起的感覺像極了幾只蜻蜓在嬉戲。這些無人機(jī)之所以能做到碰撞之后能如此靈活,便是Vijay Kumar教授效法自然的結(jié)果。

無人機(jī)集群 無人機(jī)避障

  如何將感應(yīng)器和算法結(jié)合起來,讓無人機(jī)實(shí)現(xiàn)避障,是機(jī)器人領(lǐng)域一個(gè)老大難的問題。而蜜蜂在面對(duì)避障問題的處理辦法似乎簡單很多:它們只管往前飛,根本不用擔(dān)心撞到別的東西,即使撞到了,只要聳聳肩繼續(xù)往前飛就好了,因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下都“不會(huì)有事兒的”。

無人機(jī)集群 無人機(jī)避障

  因此與其提前做好精準(zhǔn)的避障措施,不如給無人機(jī)裝一個(gè)減震結(jié)構(gòu)。因此他們給每架小型無人機(jī)安裝了一個(gè)減震結(jié)構(gòu),它由熱固化的紗質(zhì)材質(zhì)構(gòu)成,包含了1萬2千股碳纖維,不僅重量輕,碰撞之后還能自動(dòng)復(fù)原。

無人機(jī)集群 無人機(jī)避障

  在此基礎(chǔ)上,賓大的無人機(jī)不僅能將碰撞的威力減小到最低,還能像燕子一樣穿越狹小空間時(shí)有序安全的通過。小無人機(jī)的這個(gè)特性除了效仿蜜蜂還依賴于我們?nèi)祟惖牧硪粋€(gè)老師——螞蟻。螞蟻和人類的控制理念不同,他們沒有中央控制系統(tǒng),卻也能相互配合的完成很多復(fù)雜的工作。

  據(jù)Vijay Kumar教授的觀察,上圖中的螞蟻,能夠有效協(xié)同的搬運(yùn)重物,是因?yàn)樾∥浵亗冊(cè)谧裱齻€(gè)重要的原則:獨(dú)立自主,蟻群不受任何“中央命令”的控制,每只螞蟻都按照自己的本能做事;臨近感知,單只螞蟻的行為根據(jù)自己的“鄰居”的行為作出調(diào)整;匿名,單只螞蟻對(duì)自己的“鄰居”是誰并不清楚,因此無論“鄰居”換成誰,都不會(huì)對(duì)自己的行為造成影響。

  這些原則應(yīng)用到復(fù)雜的控制原理中,賓大的無人機(jī)團(tuán)隊(duì)便創(chuàng)造出了一批聽話、能協(xié)同作業(yè)、并且飛創(chuàng)聰明的無人機(jī)團(tuán)隊(duì)。

無人機(jī)集群 無人機(jī)避障

  自然界的蜜蜂還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn):即使它不知道一個(gè)障礙物究竟長什么樣,當(dāng)它經(jīng)過這個(gè)障礙物時(shí)便能大致描繪周圍的環(huán)境,而當(dāng)大量的蜜蜂經(jīng)過這里時(shí),他們甚至能靠蜂群的位置完整的繪制出障礙物的圖像。

  在這個(gè)理念的基礎(chǔ)上,賓大的團(tuán)隊(duì)讓他們的小無人機(jī)過木樁,并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)當(dāng)這些小無人機(jī)數(shù)量龐大時(shí),便能描繪出障礙物的形狀了,這些形狀至少是二維的。

無人機(jī)集群 無人機(jī)避障

無人機(jī)集群 無人機(jī)避障

  此外,除了這些仿生學(xué)的研究,賓大團(tuán)隊(duì)也在做一些其他方面的嘗試。比如讓這些小的無人機(jī)排列組合成各種形狀。像超能陸戰(zhàn)隊(duì)了集群機(jī)器人那樣,彰顯人多力量大的好處。

  這些“集群”機(jī)器人也已經(jīng)能完成一些簡單的動(dòng)作了,比如平穩(wěn)的將咖啡端起來并傳送到其他地方。

  這樣他們將本來需要很多傳感器的無人家,簡化成了相對(duì)愚蠢但更加廉價(jià)、具有成本效益的可靠無人機(jī)。這些無人機(jī)相比于目前市面上動(dòng)輒幾千塊的消費(fèi)級(jí)無人機(jī)其應(yīng)用場(chǎng)景顯然更為寬廣。Vijay Kumar教授自己也透露,相比于產(chǎn)業(yè)化,他更加關(guān)注將無人機(jī)推廣到更多實(shí)用的場(chǎng)景中,從娛樂升華到農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、抗震救援等等人們更加需要它的地方。

  期待有一天,這種手掌大小的無人機(jī)成本越來越低,當(dāng)他們足夠廉價(jià)時(shí),真正的集群無人機(jī)時(shí)代就真正來臨了。

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