編譯 思羽

2018年9月底，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）將眾多機(jī)器人學(xué)家聚集于肯塔基州的路易維爾巨洞，交給他們一項(xiàng)任務(wù)：設(shè)計(jì)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(jī)器人，那些機(jī)器人要面對(duì)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(jī)器人必死挑戰(zhàn)賽”。

這個(gè)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(gè)高級(jí)研究部門主辦了“大挑戰(zhàn)賽”（Grand Challenge），讓自動(dòng)駕駛車輛在沙漠中比賽，該活動(dòng)幫助推動(dòng)了無人駕駛汽車革命。接著，它監(jiān)督了“機(jī)器人挑戰(zhàn)賽”（Robotics Challenge），比賽中的人形機(jī)器人嘗試開門和駕駛敞篷車，但大多數(shù)機(jī)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(duì)來說平淡無奇?！暗叵绿魬?zhàn)賽”中的機(jī)器人要進(jìn)入地下世界，將會(huì)面臨非同一般、猶如地獄的可怕環(huán)境。

DARPA會(huì)將這項(xiàng)新競(jìng)賽分成3條路線，每條路線都會(huì)給參賽團(tuán)隊(duì)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(jī)器人會(huì)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(jī)器人將要在一片針對(duì)人類的靈巧性而優(yōu)化過的區(qū)域內(nèi)展開活躍的行動(dòng)，其中或許還包括了爬樓梯。

參賽團(tuán)隊(duì)（其中包括來自卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)、NASA轄下的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、加州理工學(xué)院的參賽者）將分別攻克每條路線，其間會(huì)相隔大約6個(gè)月。首先從隧道路線開始，時(shí)間定于2019年8月。參賽的機(jī)器人將會(huì)在每個(gè)環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)多次，取最高分的成績(jī)。在2021年8月，參賽團(tuán)隊(duì)會(huì)聚集在一起，攻克最終的比賽項(xiàng)目，它是某種程度上的3種不同環(huán)境的混搭。

對(duì)于這些團(tuán)隊(duì)來說，最核心的考驗(yàn)將會(huì)是他們的機(jī)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(yùn)行自如。DARPA的項(xiàng)目經(jīng)理蒂莫西·莊（Timothy Chung）說：“你可能是個(gè)厲害的游泳者，但在跑步或騎單車上不算厲害，然而當(dāng)你將3項(xiàng)能力放在一起，最終讓你能越過終點(diǎn)線的，就是你如何應(yīng)付所有3項(xiàng)比賽的方式。”

評(píng)分將會(huì)圍繞著DARPA所關(guān)注的細(xì)節(jié)。這些關(guān)注點(diǎn)將會(huì)散布于整個(gè)地下環(huán)境，包括幸存者、無線電、手機(jī)、閥門和氧氣濃度。基本理念是參賽團(tuán)隊(duì)要盡可能快地偵測(cè)和定位到這些關(guān)注點(diǎn)。你完成得越快，獲得的分?jǐn)?shù)就越多。

這將會(huì)是傳感領(lǐng)域的混亂困境。常規(guī)的老式視覺傳感器對(duì)于氧氣濃度之外的大多數(shù)關(guān)注點(diǎn)都能奏效，但是假如你失去光源，那該怎么辦？激光雷達(dá)也許能用三維激光幫助你繪制環(huán)境地圖，但它不會(huì)幫助你順利找到手機(jī)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(shí)，你也許用一臺(tái)熱成像相機(jī)、甚至是麥克風(fēng)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(huì)幫助你發(fā)現(xiàn)入口點(diǎn)和出口點(diǎn)，但激光雷達(dá)也能在這點(diǎn)上幫你。團(tuán)隊(duì)要接受的挑戰(zhàn)不僅在于選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎€在于保持所有傳感器的運(yùn)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(jìng)賽環(huán)境本身的嚴(yán)酷性。除了一直保持黑暗的環(huán)境，機(jī)器人還得要對(duì)付微粒、泥漿、豎井和狹道。這種骯臟的環(huán)境肯定會(huì)對(duì)傳感器造成破壞。畢竟，就連讓一臺(tái)機(jī)器人在潮濕的溫室中運(yùn)轉(zhuǎn)又不造成傳感器故障都很難實(shí)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?yàn)榈叵颅h(huán)境的多種多樣，這些團(tuán)隊(duì)所構(gòu)想的機(jī)器人不會(huì)是同個(gè)模樣。或許，像藤蔓一樣生長(zhǎng)的柔性機(jī)器人會(huì)很好地適應(yīng)洞穴中的狹隘空間，而一臺(tái)無人機(jī)能夠繪制更大的洞穴空間的地圖。不同的機(jī)器人能夠協(xié)同工作——可能是一臺(tái)無人機(jī)拴在一個(gè)類似坦克、甚至是四足的機(jī)器人上面，從更大號(hào)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(huì)在于自主性：地下沒有GPS，而無線網(wǎng)絡(luò)通訊也僅會(huì)在一定距離內(nèi)有效?？紤]到環(huán)境的崎嶇不平，讓你的機(jī)器人始終連接著主基站會(huì)很困難。另一種替代方案是讓團(tuán)隊(duì)使用小型的“中繼”機(jī)器人，由它們?cè)诖蝾^陣的機(jī)器人和團(tuán)隊(duì)的控制中心之間轉(zhuǎn)接信號(hào)，這樣操作員能夠監(jiān)控任務(wù)的進(jìn)展。

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

如果機(jī)器人能學(xué)會(huì)在地下環(huán)境中行進(jìn)，機(jī)器人學(xué)家就離幫助現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急人員的目標(biāo)更近了一步。正如我們?cè)?018年夏天泰國(guó)的洞窟救援事件中認(rèn)識(shí)到的，救援行動(dòng)仍然要由人類去完成（無論埃隆·馬斯克和他的“不實(shí)用”機(jī)器人會(huì)告訴你什么）。在洞穴之外，單單紐約市就有數(shù)百英里長(zhǎng)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(chǎng)有煙氣或瓦斯泄漏，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急人員的明智做法會(huì)是首先派一名機(jī)器人去偵察現(xiàn)場(chǎng)。

因?yàn)槲覀冊(cè)谟懻摰氖荄ARPA組織的機(jī)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(jī)器人去偵察躲藏在隧道或洞穴里的敵人。美國(guó)國(guó)防部下轄的國(guó)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(dāng)躲在地下的敵人不希望我進(jìn)入，而他將要做什么事令我的人生變得痛苦，那時(shí)會(huì)發(fā)生什么。我希望你們所有人都思考一下，當(dāng)你們的團(tuán)隊(duì)被邪惡博士盯上會(huì)怎樣?！?/p>

資料來源 Wired