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        DARPA別出心裁的地下機器人大賽

        2019-02-28 02:19:28編譯思羽
        世界科學 2019年2期
        關(guān)鍵詞:挑戰(zhàn)賽洞穴隧道

        編譯 思羽

        2018年9月底,美國國防高級研究計劃局(DARPA)將眾多機器人學家聚集于肯塔基州的路易維爾巨洞,交給他們一項任務(wù):設(shè)計出一種能在隧道和洞穴構(gòu)成的、能令人筋疲力盡的地下環(huán)境里通行的機器人,那些機器人要面對地球上最殘酷無情的環(huán)境。組織方稱其為“地下挑戰(zhàn)賽”,但不妨稱其為“機器人必死挑戰(zhàn)賽”。

        這個比賽將于2019年展開,與過去的賽事有著本質(zhì)的不同。最初,這個高級研究部門主辦了“大挑戰(zhàn)賽”(Grand Challenge),讓自動駕駛車輛在沙漠中比賽,該活動幫助推動了無人駕駛汽車革命。接著,它監(jiān)督了“機器人挑戰(zhàn)賽”(Robotics Challenge),比賽中的人形機器人嘗試開門和駕駛敞篷車,但大多數(shù)機器人都臉朝下摔倒在地上。兩次賽事的技術(shù)挑戰(zhàn)都極具意義,但它們面臨的環(huán)境相對來說平淡無奇?!暗叵绿魬?zhàn)賽”中的機器人要進入地下世界,將會面臨非同一般、猶如地獄的可怕環(huán)境。

        DARPA會將這項新競賽分成3條路線,每條路線都會給參賽團隊帶來新的麻煩。首先是由雜亂的通道構(gòu)成的隧道環(huán)境,又有具備峭壁、斜坡和狹道的洞穴環(huán)境,還有一處類似地下掩體的環(huán)境,它將是機器人會遇到的最具“結(jié)構(gòu)性”,或者最可預(yù)知的環(huán)境。然而,那意味著機器人將要在一片針對人類的靈巧性而優(yōu)化過的區(qū)域內(nèi)展開活躍的行動,其中或許還包括了爬樓梯。

        參賽團隊(其中包括來自卡內(nèi)基·梅隆大學、NASA轄下的噴氣推進實驗室、加州理工學院的參賽者)將分別攻克每條路線,其間會相隔大約6個月。首先從隧道路線開始,時間定于2019年8月。參賽的機器人將會在每個環(huán)境中運轉(zhuǎn)多次,取最高分的成績。在2021年8月,參賽團隊會聚集在一起,攻克最終的比賽項目,它是某種程度上的3種不同環(huán)境的混搭。

        對于這些團隊來說,最核心的考驗將會是他們的機器人是否具備足夠的靈活性,足以在洞穴、隧道和都市建筑物中運行自如。DARPA的項目經(jīng)理蒂莫西·莊(Timothy Chung)說:“你可能是個厲害的游泳者,但在跑步或騎單車上不算厲害,然而當你將3項能力放在一起,最終讓你能越過終點線的,就是你如何應(yīng)付所有3項比賽的方式?!?/p>

        評分將會圍繞著DARPA所關(guān)注的細節(jié)。這些關(guān)注點將會散布于整個地下環(huán)境,包括幸存者、無線電、手機、閥門和氧氣濃度?;纠砟钍菂①悎F隊要盡可能快地偵測和定位到這些關(guān)注點。你完成得越快,獲得的分數(shù)就越多。

        這將會是傳感領(lǐng)域的混亂困境。常規(guī)的老式視覺傳感器對于氧氣濃度之外的大多數(shù)關(guān)注點都能奏效,但是假如你失去光源,那該怎么辦?激光雷達也許能用三維激光幫助你繪制環(huán)境地圖,但它不會幫助你順利找到手機之類的小型物件。

        但是話又要說回來,多重傳感器意味著冗余的系統(tǒng)。譬如說,在你尋找幸存者時,你也許用一臺熱成像相機、甚至是麥克風就能辦到,于是假如一種方法無效,你還有后備方案。傳統(tǒng)的視覺傳感器會幫助你發(fā)現(xiàn)入口點和出口點,但激光雷達也能在這點上幫你。團隊要接受的挑戰(zhàn)不僅在于選擇恰當?shù)膫鞲衅?,還在于保持所有傳感器的運作,又不讓系統(tǒng)過載,避免電池過早耗盡。

        令挑戰(zhàn)更加艱巨的因素是競賽環(huán)境本身的嚴酷性。除了一直保持黑暗的環(huán)境,機器人還得要對付微粒、泥漿、豎井和狹道。這種骯臟的環(huán)境肯定會對傳感器造成破壞。畢竟,就連讓一臺機器人在潮濕的溫室中運轉(zhuǎn)又不造成傳感器故障都很難實現(xiàn)。洞穴也可能很潮濕,更不用說可能從洞頂?shù)蜗滤椤?/p>

        因為地下環(huán)境的多種多樣,這些團隊所構(gòu)想的機器人不會是同個模樣?;蛟S,像藤蔓一樣生長的柔性機器人會很好地適應(yīng)洞穴中的狹隘空間,而一臺無人機能夠繪制更大的洞穴空間的地圖。不同的機器人能夠協(xié)同工作——可能是一臺無人機拴在一個類似坦克、甚至是四足的機器人上面,從更大號的電池中汲取電力,并獲得一些穩(wěn)定性。

        不管使用什么方法,關(guān)鍵將會在于自主性:地下沒有GPS,而無線網(wǎng)絡(luò)通訊也僅會在一定距離內(nèi)有效??紤]到環(huán)境的崎嶇不平,讓你的機器人始終連接著主基站會很困難。另一種替代方案是讓團隊使用小型的“中繼”機器人,由它們在打頭陣的機器人和團隊的控制中心之間轉(zhuǎn)接信號,這樣操作員能夠監(jiān)控任務(wù)的進展。

        DARPA讓參賽團隊自由發(fā)揮。想要嘗試一下集群機器人,讓地下環(huán)境中涌入許多微型機器人嗎?試一試吧,但要小心開支。“部署1 000個機器人,在后勤方面就意味著得有人管理那1 000個機器人,進行維護保養(yǎng)?!盌ARPA的蒂莫西·莊說。

        如果機器人能學會在地下環(huán)境中行進,機器人學家就離幫助現(xiàn)場應(yīng)急人員的目標更近了一步。正如我們在2018年夏天泰國的洞窟救援事件中認識到的,救援行動仍然要由人類去完成(無論埃隆·馬斯克和他的“不實用”機器人會告訴你什么)。在洞穴之外,單單紐約市就有數(shù)百英里長的地鐵隧道和汽車隧道,民眾可能在緊急事件中被困于那些隧道中。如果現(xiàn)場有煙氣或瓦斯泄漏,現(xiàn)場應(yīng)急人員的明智做法會是首先派一名機器人去偵察現(xiàn)場。

        因為我們在討論的是DARPA組織的機器人大賽,所以軍事應(yīng)用也是我們的首要考慮。譬如說,讓機器人去偵察躲藏在隧道或洞穴里的敵人。美國國防部下轄的國防威脅降低局(Defense Threat Reduction Agency,DTRA)的資深技術(shù)顧問鮑勃·黑斯蒂(Bob Hastie)說:“我希望你們這些來到這兒的聰明絕頂?shù)娜怂伎歼@件事。當躲在地下的敵人不希望我進入,而他將要做什么事令我的人生變得痛苦,那時會發(fā)生什么。我希望你們所有人都思考一下,當你們的團隊被邪惡博士盯上會怎樣?!?/p>

        資料來源 Wired

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