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MIT 自動(dòng)駕駛船航行三小時(shí)誤差 0.17 米:可「自重構(gòu)」,已登上機(jī)器人頂會(huì)

本文作者: 付靜 2020-10-29 16:55
導(dǎo)語(yǔ):用尖端技術(shù)重新構(gòu)想城市基礎(chǔ)設(shè)施。

2012 年 5 月,谷歌獲得了美國(guó)首個(gè)自動(dòng)駕駛車輛許可證。

2017 年 4 月 19 日,百度正式宣布 Apollo 計(jì)劃,打造全球首個(gè)系統(tǒng)級(jí)開(kāi)源的自動(dòng)駕駛平臺(tái)。

如今,自動(dòng)駕駛的賽道上已涌入了眾多玩家。甚至于,Waymo、Cruise 等 60 家美國(guó)公司已經(jīng)向加州車管所申請(qǐng)「全自動(dòng)駕駛測(cè)試執(zhí)照」,安全駕駛員們似乎也要逐漸載入史冊(cè)了。

MIT 自動(dòng)駕駛船航行三小時(shí)誤差 0.17 米:可「自重構(gòu)」,已登上機(jī)器人頂會(huì)

陸上自動(dòng)駕駛發(fā)展迅猛,那么水上呢?

早在 2010 年,英國(guó)豪華汽車品牌、著名發(fā)動(dòng)機(jī)制造商勞斯萊斯就開(kāi)始著手研發(fā)自動(dòng)駕駛船舶技術(shù)了。2018 年,勞斯萊斯聯(lián)合英特爾宣布:首款無(wú)需船員的自動(dòng)駕駛遠(yuǎn)洋輪有望在 2025 年起航。

除了工業(yè)界,學(xué)術(shù)界也在著力打造自動(dòng)駕駛船——自 2016 年起,MIT 計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)、MIT 可感知城市實(shí)驗(yàn)室和阿姆斯特丹先進(jìn)城市解決方案研究所就開(kāi)始了一項(xiàng)名為 Roboat 的計(jì)劃。

MIT 自動(dòng)駕駛船航行三小時(shí)誤差 0.17 米:可「自重構(gòu)」,已登上機(jī)器人頂會(huì)

目前,研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)宣布設(shè)計(jì)出了一艘 Roboat II,這艘船號(hào)稱 Covid-friendly,即使是在船上乘客們也能保持社交距離。

在近日召開(kāi)的機(jī)器人國(guó)際頂級(jí)會(huì)議 2020 IEEE 國(guó)際智能機(jī)器人與系統(tǒng)大會(huì)(IROS 2020)上,有關(guān) Roboat II 的研究論文發(fā)表。

Roboat II 什么樣? 

這一項(xiàng)目成立的初衷是:利用自動(dòng)駕駛船只,在阿姆斯特丹的 165 條運(yùn)河上運(yùn)送乘客和貨物、收集垃圾。

除了運(yùn)輸以外,船只還將部署「環(huán)境感知功能」監(jiān)控水質(zhì)(如下圖),為預(yù)測(cè)與公共衛(wèi)生、環(huán)境有關(guān)的問(wèn)題提供數(shù)據(jù)。

MIT 自動(dòng)駕駛船航行三小時(shí)誤差 0.17 米:可「自重構(gòu)」,已登上機(jī)器人頂會(huì)

作為項(xiàng)目的最新版設(shè)計(jì),Roboat II 在一條阿姆斯特丹的運(yùn)河上成功航行了三小時(shí),最終返回了起始位置,整個(gè)過(guò)程的誤差僅 0.17 米。

Roboat II 會(huì)“變形”

Roboat II 看上去像是幾個(gè)相連的矩形塊打造的“拼圖”。

這種矩形塊被稱為「連接容器平臺(tái)」(connected-vessel platform),每個(gè)部分均有四個(gè)螺旋槳、一個(gè)無(wú)線微控制器,以及幾個(gè)能將它們連在一起的自動(dòng)閂鎖機(jī)制和傳感系統(tǒng)。

MIT 自動(dòng)駕駛船航行三小時(shí)誤差 0.17 米:可「自重構(gòu)」,已登上機(jī)器人頂會(huì)

MIT 在一篇博客中詳細(xì)介紹了 Roboat II 的相關(guān)數(shù)據(jù):尺寸方面,Roboat II 長(zhǎng) 2 米,重 50 公斤,一次最多可搭載 6 名乘客。

也就是說(shuō),這艘看上去并不太安全的船實(shí)際上完全可以滿足城市運(yùn)河的常規(guī)運(yùn)輸需求。

其運(yùn)作過(guò)程是:當(dāng)“領(lǐng)隊(duì)”向指定目的地進(jìn)發(fā)時(shí),其他部分可以估計(jì)出領(lǐng)隊(duì)部分的意圖,并調(diào)整它們自己的移動(dòng)。領(lǐng)隊(duì)部分也可通過(guò)調(diào)整輸入來(lái)操縱其余部分,這個(gè)過(guò)程無(wú)需任何通信。

據(jù)了解,MIT 通過(guò)以下兩種情況測(cè)試了各部分的控制方法:

  1. 三部分串聯(lián)

  2. 三部分并聯(lián)

結(jié)果表明,兩種情況下 Roboat II 各部分都可以跟蹤各種軌跡和方向,領(lǐng)隊(duì)部分會(huì)受其他部分的協(xié)助。

也就是說(shuō),Roboat II 已經(jīng)有了一種“變形”的新功能,即通過(guò)自主斷開(kāi)和重新組裝成各種構(gòu)型。

每個(gè)部分可從一條直線重新排列為其他形狀,比如“ L”形(如上圖),而這種轉(zhuǎn)換只需幾分鐘。計(jì)算機(jī)模擬中,可以可以有最多 12 個(gè)部分從一個(gè)大矩形重新排列為“Z”形。

MIT 自動(dòng)駕駛船航行三小時(shí)誤差 0.17 米:可「自重構(gòu)」,已登上機(jī)器人頂會(huì)

Roboat II 包含哪些技術(shù)?

Roboat II 背后的技術(shù)在于:

  • 一種即時(shí)定位與映射(SLAM)算法:可使船只盡可能高效地重新排列形狀,每一部分可在一組特定的形狀中彼此解鎖,再重新附著至適當(dāng)位置,行進(jìn)過(guò)程無(wú)碰撞;

  • 一種基于優(yōu)化的狀態(tài)估計(jì)器(運(yùn)動(dòng)水平估計(jì)器):更新路徑,從而避開(kāi)檢測(cè)到的障礙物;

  • 一種基于模型的最優(yōu)控制器(非線性模型預(yù)測(cè)控制器):跟蹤來(lái)自估計(jì)器的參考軌跡。

基于 SLAM 算法、激光雷達(dá)、GPS 傳感器和慣性測(cè)量單元(inertial measurement unit),Roboat II 進(jìn)行自我定位、控制姿態(tài)和速度。

對(duì)于團(tuán)隊(duì)共同的研究成果,論文主要作者、MIT 可感知城市實(shí)驗(yàn)室和 CSAIL 高級(jí)博士后助理 Wei Wang 表示:

想要全面實(shí)現(xiàn)精確測(cè)繪、魯棒控制、載人運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)駕駛船只系統(tǒng),Roboat II 正是關(guān)鍵一步。

未來(lái),研究人員計(jì)劃利用 AI 來(lái)估計(jì) Roboat II 的關(guān)鍵參數(shù)。他們還打算在自適應(yīng)控制器上做文章——當(dāng)船上放置了物體時(shí),船只的結(jié)構(gòu)可以動(dòng)態(tài)改變。

團(tuán)隊(duì)的計(jì)劃是,船只可以自組裝成“彈出式”平臺(tái),如橋梁和舞臺(tái),從而緩解城市街道的擁堵情況。

Roboat 項(xiàng)目已持續(xù) 5 年

正如前文所述, MIT 團(tuán)隊(duì)的無(wú)人駕駛船只研究已有 5 年歷史了。

2016 年,該項(xiàng)目的第一款作品 Roboat 問(wèn)世,Roboat 的核心研究團(tuán)隊(duì)還有荷蘭代爾夫特理工大學(xué)、瓦格寧根大學(xué)。

這款 Roboat 可在運(yùn)河中沿著預(yù)先規(guī)劃好的路徑前進(jìn)、后退、橫向移動(dòng),當(dāng)時(shí)其原型也在運(yùn)河上進(jìn)行了簡(jiǎn)單的測(cè)試。

隨后在 2018 年 5 月,研究人員又設(shè)計(jì)出了低成本、3D 打印、四分之一比例的船只,這些船只相比前代更為高效靈活,還配備了先進(jìn)的軌跡跟蹤算法。

2019 年 6 月,團(tuán)隊(duì)再次研發(fā)了一種「自動(dòng)鎖定機(jī)制」,船只會(huì)瞄準(zhǔn)目標(biāo)、相互緊扣,一旦失敗還會(huì)繼續(xù)嘗試。

下圖為通過(guò) VR 對(duì)船只的構(gòu)想。

MIT 自動(dòng)駕駛船航行三小時(shí)誤差 0.17 米:可「自重構(gòu)」,已登上機(jī)器人頂會(huì)

經(jīng)過(guò)幾年的積累,MIT 的無(wú)人駕駛船只在軟硬件方面逐漸走向成熟,相信未來(lái) Roboat 在城市運(yùn)河項(xiàng)目上將會(huì)發(fā)揮重要作用。

引用來(lái)源:

https://news.mit.edu/2019/roboats-autonomous-connect-assemble-0829

http://roboat.org/

https://venturebeat.com/2020/10/26/mit-csails-roboat-ii-is-an-autonomous-platform-large-enough-to-carry-human-passengers/

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