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Vijay Kumar正在讓無(wú)人機(jī)像蜜蜂一樣聰明，探秘賓夕法尼亞大學(xué)無(wú)人機(jī)團(tuán)隊(duì)

2018-02-23 08:53 性質(zhì)：轉(zhuǎn)載 來(lái)源：機(jī)器人大講堂mp
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提起無(wú)人機(jī)，很多人第一個(gè)想到的肯定是大疆，這個(gè)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的蘋(píng)果真的將無(wú)人機(jī)這個(gè)小玩意打造的完美又可愛(ài)。但我們今天談?wù)摰闹攸c(diǎn)不是大疆，而是一個(gè)能真...

　　提起無(wú)人機(jī)，很多人第一個(gè)想到的肯定是大疆，這個(gè)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的蘋(píng)果真的將無(wú)人機(jī)這個(gè)小玩意打造的完美又可愛(ài)。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(wú)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(kāi)發(fā)的無(wú)人機(jī)們。

　　相信很多人和我一樣，認(rèn)為無(wú)人機(jī)是是空氣動(dòng)力學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)等等人類(lèi)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(wú)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(wú)人機(jī)，這些小無(wú)人機(jī)相互碰撞在一起的感覺(jué)像極了幾只蜻蜓在嬉戲。這些無(wú)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。

　　如何將感應(yīng)器和算法結(jié)合起來(lái)，讓無(wú)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(wèn)題。而蜜蜂在面對(duì)避障問(wèn)題的處理辦法似乎簡(jiǎn)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”。

　　因此與其提前做好精準(zhǔn)的避障措施，不如給無(wú)人機(jī)裝一個(gè)減震結(jié)構(gòu)。因此他們給每架小型無(wú)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(wàn)2千股碳纖維，不僅重量輕，碰撞之后還能自動(dòng)復(fù)原。

　　在此基礎(chǔ)上，賓大的無(wú)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(guò)。小無(wú)人機(jī)的這個(gè)特性除了效仿蜜蜂還依賴(lài)于我們?nèi)祟?lèi)的另一個(gè)老師——螞蟻。螞蟻和人類(lèi)的控制理念不同，他們沒(méi)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(shuí)并不清楚，因此無(wú)論“鄰居”換成誰(shuí)，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(wú)人機(jī)團(tuán)隊(duì)便創(chuàng)造出了一批聽(tīng)話(huà)、能協(xié)同作業(yè)、并且飛創(chuàng)聰明的無(wú)人機(jī)團(tuán)隊(duì)。

　　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(zhǎng)什么樣，當(dāng)它經(jīng)過(guò)這個(gè)障礙物時(shí)便能大致描繪周?chē)?a href="http://www.hldxsj.cn/sell/search.php?keyword=%E7%8E%AF%E5%A2%83" title="環(huán)境" target="_blank">環(huán)境，而當(dāng)大量的蜜蜂經(jīng)過(guò)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(wú)人機(jī)過(guò)木樁，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)當(dāng)這些小無(wú)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。

　　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(wú)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(jiǎn)單的動(dòng)作了，比如平穩(wěn)的將咖啡端起來(lái)并傳送到其他地方。

　　這樣他們將本來(lái)需要很多傳感器的無(wú)人家，簡(jiǎn)化成了相對(duì)愚蠢但更加廉價(jià)、具有成本效益的可靠無(wú)人機(jī)。這些無(wú)人機(jī)相比于目前市面上動(dòng)輒幾千塊的消費(fèi)級(jí)無(wú)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(wú)人機(jī)推廣到更多實(shí)用的場(chǎng)景中，從娛樂(lè)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(wú)人機(jī)成本越來(lái)越低，當(dāng)他們足夠廉價(jià)時(shí)，真正的集群無(wú)人機(jī)時(shí)代就真正來(lái)臨了。

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