日前，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，科研团队解决了未知复杂环境下机器人单机与群体的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面带到现实世界。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。
“麻雀虽小” 能自主思考
大规模的机器人空中编队表演早已屡见不鲜，通过前期的卫星定位和轨迹编码，能够实现千变万化的造型。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。”浙江大学控制科学与工程学院、论文通讯作者许超教授说，让机器人像鸟儿一样能够成群自由地飞翔，道法自然，这是我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。“我们让机器人看得懂世界，主动避开障碍物，实现群体飞行。”浙江大学控制科学与工程学院高飞博士说，浙大研发的这款新型机器人在仅使用机载视觉、机载计算资源的情况下，实现了在野外树林复杂环境下感知周围障碍物、定位自身位置及生成飞行路径、以及多智能体通讯等多项关键技术突破。
“我们还为空中机器人打造了一个智慧大脑。”许超说，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。“把物理世界的运动信息表征成一系列的数学问题，关键是要识破复杂问题背后隐秘的特殊数学结构，化繁为简，利用捉襟见肘的机载计算资源完美破题。”
登高跑远能达无人之境
许超介绍，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，都完全由浙大团队师生完成，“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，这项成果也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搜救目标，减少搜救人员风险；在地形勘探中，也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，比如扫地或服务机器人，如果装上了我们研发的‘智慧大脑’，就会更加聪明。”据悉，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。
作者：刘海波 柯溢能 吴雅兰
编辑：付鑫鑫
责任编辑：蒋萍
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