匈牙利科學家首次實現(xiàn)無人機蜂群自主飛行

匈牙利科學院的科學家首次實現(xiàn)了沒有中央控制系統(tǒng)的無人機蜂群的自主飛行。

雖然無人機蜂群已經(jīng)通過電腦模型展示過很多次了，但是匈牙利科學院的科學家最近首次在現(xiàn)實世界不借助中央控制系統(tǒng)實現(xiàn)了無人機蜂群的自主飛行。這一成功為將無人機蜂群運用于多種應用指明了前進方向。

當然，蜂群的行為在自然世界平淡無奇，在鳥類、魚和昆蟲中尤為常見。但要理解蜂群的動態(tài)性仍然是一個挑戰(zhàn)，可能有多個模式。無論是否理解，蜂群的行為都出現(xiàn)了，而且通常規(guī)模很大。大量的生物個體可以集體移動，保持方向，不會撞到障礙物，也不會撞到彼此。

不久之前，還不能說無人機也有這種特點——至少，不能響應單個控制器的多種無人機都還不具有這種特點。研究人員解釋說，其中一個主要原因是無人機蜂群主要是電腦建模人員追求的目標。分散型蜂群算法設計的理論框架固然很好，但它們無法滿足真實世界的條件。研究人員指出，這些條件包括“受限的行動和交流能力，延遲、擾動，或者存在障礙”。理論模型中缺少這類因素，限制了它們的價值。障礙不僅僅帶來阻礙，也會對無人機群的集體行為和協(xié)作帶來很大的持續(xù)影響。鑒于此，科學家們注意到，“當存在延遲、不確定性、運動學限制的時候”，在計算機屏幕上表現(xiàn)出色的模型“卻在現(xiàn)實生活條件下快速振蕩、不穩(wěn)定”。

研究人員提到了多個真實世界中自主無人機蜂群的淺顯例子，例如美國軍方進行的行動和金屬樂隊，但他們也指出這兩個例子在某些程度上比真實世界的更明顯。無人機都是單獨編程，遵循特定的飛行路徑，或者根據(jù)指令朝著特定目標聚集成群，從而限制了變量。

規(guī)定蜂群行為的各種通用原則，無論是鳥還是無人機，都得到了充分理解，沒有爭議。這些原則都來源于交互的三大簡單規(guī)則：不沖撞相鄰單位、相鄰單位以相同方向行進、跟隨相鄰單位的平均位置這三種需求。

迄今為止還不錯，但舉個例子，一千只飛翔的椋鳥中，每一只都能夠完美地繞樹飛行，而面對同樣障礙的一群自主無人機則可能撞上去、撞在一起，或者朝著幾個不同方向散開。

研究團隊指出，“在限定區(qū)域內(nèi)建立大型戶外分散型無人機蜂群，運用自主撞擊及物體躲避技術(shù)實現(xiàn)同步蜂群行為，這還是個未解決的難題?！钡诤艽蟪潭壬希@項新工作解決了一大部分問題。

為實現(xiàn)目標，研究人員先進行建模，加入了幾個額外變量，反映不可預知的真實世界問題，包括高速移動時遇到的障礙與邊界、傳感器和短程通信設備的突然故障。該模型還包含了名為“進化優(yōu)化”的流程——多代運行程序，以便最終確定最優(yōu)適配特征。

但是，只能在真實世界中驗證過才知道好壞。為了測試他們的發(fā)現(xiàn)，研究人員使用30架四翼無人機，將其放置在充滿了障礙的真實環(huán)境中。他們對無人機編程，讓其自主飛行，并設定其中一些電子元件出現(xiàn)故障，然后放行。經(jīng)過幾輪運行，無人機蜂群匯成群，飛行沒有出現(xiàn)問題，而且證明在高速時也沒有出現(xiàn)問題?！斑@個模型讓具有不準確傳感器和短程通信設備的無人機在存在連續(xù)通信延遲和可能的局部通信中斷的條件下仍然可在嘈雜環(huán)境中飛行?！?/p>

該研究團隊得出結(jié)論，他們的結(jié)果需要進行更精密地分析，但是表現(xiàn)出提高多種環(huán)境下無人機性能的可能性。該研究發(fā)表在權(quán)威學術(shù)期刊《科學·機器人》上。