DARPA探索無(wú)人車/無(wú)人機(jī)聯(lián)合機(jī)隊(duì)協(xié)同能力

格拉漢姆·瓦里克/Graham Warwick

現(xiàn)在，DARPA想把機(jī)器人技術(shù)帶到地下，挑戰(zhàn)為戰(zhàn)斗中的敵人或自然災(zāi)害的受害者自動(dòng)搜索隧道系統(tǒng)和洞穴網(wǎng)絡(luò)。首先測(cè)試無(wú)人車，其次測(cè)試災(zāi)難響應(yīng)機(jī)器人。學(xué)術(shù)界和工業(yè)界中的九個(gè)團(tuán)隊(duì)分別獲得高達(dá)450萬(wàn)美元的合同，開發(fā)快速繪制地圖、導(dǎo)航和搜索地下環(huán)境的新方法，以爭(zhēng)奪地下挑戰(zhàn)賽中的275萬(wàn)美元獎(jiǎng)金。七個(gè)受資助的團(tuán)隊(duì)將在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中演示物理系統(tǒng)，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)將使用仿真模型來(lái)測(cè)試軟件先進(jìn)性。DARPA也在尋求沒(méi)有得到資助的潛在研發(fā)團(tuán)隊(duì)，研發(fā)系統(tǒng)參與此次競(jìng)賽。

此前，DARPA舉辦的有獎(jiǎng)競(jìng)賽包括促進(jìn)了無(wú)人駕駛汽車發(fā)展的挑戰(zhàn)賽，和驗(yàn)證了半自主腿式機(jī)器人災(zāi)難響應(yīng)方案的機(jī)器人挑戰(zhàn)賽。

DARPA項(xiàng)目經(jīng)理蒂莫·西中介紹說(shuō)，地下桃戰(zhàn)賽的目標(biāo)是開發(fā)技術(shù)，使作戰(zhàn)人員和應(yīng)急人員能夠搜索隧道系統(tǒng)、地下結(jié)構(gòu)和洞穴網(wǎng)絡(luò)等危及生命的危險(xiǎn)、黑暗、深邃的環(huán)境。這需要擁有自主性、感知能力、網(wǎng)絡(luò)化和移動(dòng)性的先進(jìn)無(wú)人系統(tǒng)。

另一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)是無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力，與現(xiàn)在典型小型電動(dòng)無(wú)人機(jī)的15-20min續(xù)航能力相比，要求高空滯空能力達(dá)到2～3h。無(wú)人車還必須在深入地下時(shí)與地面保持相互通信。

從2019年秋季開始，DARPA將進(jìn)行一系列日益艱巨的挑戰(zhàn)項(xiàng)目，每個(gè)挑戰(zhàn)項(xiàng)目在人造隧道、多層地下結(jié)構(gòu)和天然洞穴中進(jìn)行。隨后是2021年秋季的最后一次挑戰(zhàn)將在所有三種地下環(huán)境中進(jìn)行。機(jī)器人團(tuán)隊(duì)必須繪制環(huán)境圖，尋找幸存者或化學(xué)品泄漏的發(fā)熱目標(biāo)。在人造隧道環(huán)境下贏得比賽的系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)將獲得200萬(wàn)美元。

在第一次挑戰(zhàn)中，參賽團(tuán)隊(duì)將派遣無(wú)人機(jī)沿幾英里長(zhǎng)的細(xì)長(zhǎng)隧道進(jìn)行模擬搜索和救援行動(dòng)。根據(jù)科羅拉多大學(xué)（CU）博爾德和丹佛分校的研究小組設(shè)想，六個(gè)月后，參賽團(tuán)隊(duì)將進(jìn)行紐約地鐵系統(tǒng)的隧道等大型隧道下的挑戰(zhàn)賽。在洞穴環(huán)境下的比賽項(xiàng)目可能增加包括巖石、泥漿和塌陷等自然災(zāi)害的可能場(chǎng)景。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（CMU）研究小組組長(zhǎng)塞巴斯蒂安·謝勒（Sebastian Scherer）說(shuō)：“成功完成這些任務(wù)需要多個(gè)無(wú)人系統(tǒng)，包括無(wú)人機(jī)和無(wú)人車?！笨▋?nèi)基梅隆大學(xué)將開發(fā)可快速組裝和重新配置以適應(yīng)不同環(huán)境的模塊化機(jī)器人，在需要時(shí)用履帶或腿代替車輪。CMU團(tuán)隊(duì)由波音和近地自主研究機(jī)構(gòu)的感知專家提供支持。

科羅拉多大學(xué)博爾德分校教授克里斯蒂夫·哈克曼說(shuō)，“洞穴、礦井和地鐵隧道都是迷宮般的，在這樣的環(huán)境下視覺(jué)是多余的。這些環(huán)境將要求自主系統(tǒng)采取一種完全不同的方法，這將在其他領(lǐng)域同樣適用?！?/p>

澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織技術(shù)部門組成的Data61等其他參賽團(tuán)隊(duì)，計(jì)劃使用帶有激光雷達(dá)掃描器的有腿機(jī)器人和在沒(méi)有GPS的情況下能夠?qū)Ш降臒o(wú)人機(jī)，創(chuàng)建地下環(huán)境的3D地圖。去年，在澳大利亞某礦井下，Data61的GPS拒止自主技術(shù)搭載第一架超視距無(wú)人機(jī)成功地得到了應(yīng)用。

無(wú)人車開發(fā)商奮進(jìn)機(jī)器人公司（Endeavor Robotics），以前是iRobot公司的防務(wù)事業(yè)部，與研發(fā)越野自主系統(tǒng)的內(nèi)雅系統(tǒng)公司（Neya Systems）、研發(fā)雙腿機(jī)器人的幽靈機(jī)器人公司（Ghost Robotics）和研發(fā)自組織網(wǎng)絡(luò)的持久系統(tǒng)公司（Persistent Systems ）組成聯(lián)合參賽團(tuán)隊(duì)。另一個(gè)參賽團(tuán)隊(duì)由美國(guó)宇航局的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室牽頭。

內(nèi)華達(dá)大學(xué)雷諾分校正在牽頭領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)參賽團(tuán)隊(duì)，由內(nèi)華達(dá)大學(xué)雷諾分校、塞拉納納瓦達(dá)公司（Sierra Navada Corp.）、蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)（ETH Zurich）和飛行能力公司（Flyability）以及瑞士防撞無(wú)人機(jī)制造商組成，計(jì)劃使用配備有多模態(tài)感知系統(tǒng)和自組織網(wǎng)絡(luò)通信的協(xié)作行走和飛行的機(jī)器人參加比賽。

賓夕法尼亞大學(xué)也牽頭領(lǐng)導(dǎo)著一個(gè)參賽團(tuán)隊(duì)，組員還包括?？松夹g(shù)公司（Exyn Technologies）和一個(gè)在GPS拒止環(huán)境中自主飛行的軟件開發(fā)商。