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| 本文作者： 付靜 | 2020-10-29 16:55 |
2012 年 5 月，谷歌獲得了美國首個自動駕駛車輛許可證。
2017 年 4 月 19 日，百度正式宣布 Apollo 計劃，打造全球首個系統(tǒng)級開源的自動駕駛平臺。
如今，自動駕駛的賽道上已涌入了眾多玩家。甚至于，Waymo、Cruise 等 60 家美國公司已經(jīng)向加州車管所申請「全自動駕駛測試執(zhí)照」，安全駕駛員們似乎也要逐漸載入史冊了。
陸上自動駕駛發(fā)展迅猛，那么水上呢？
早在 2010 年，英國豪華汽車品牌、著名發(fā)動機(jī)制造商勞斯萊斯就開始著手研發(fā)自動駕駛船舶技術(shù)了。2018 年，勞斯萊斯聯(lián)合英特爾宣布：首款無需船員的自動駕駛遠(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駕駛船——自 2016 年起，MIT 計算機(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始了一項(xiàng)名為 Roboat 的計劃。
目前，研究團(tuán)隊已經(jīng)宣布設(shè)計出了一艘 Roboat II，這艘船號稱 Covid-friendly，即使是在船上乘客們也能保持社交距離。
在近日召開的機(jī)器人國際頂級會議 2020 IEEE 國際智能機(jī)器人與系統(tǒng)大會（IROS 2020）上，有關(guān) Roboat II 的研究論文發(fā)表。
這一項(xiàng)目成立的初衷是：利用自動駕駛船只，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)測與公共衛(wèi)生、環(huán)境有關(guān)的問題提供數(shù)據(jù)。
作為項(xiàng)目的最新版設(shè)計，Roboat II 在一條阿姆斯特丹的運(yùn)河上成功航行了三小時，最終返回了起始位置，整個過程的誤差僅 0.17 米。
Roboat II 看上去像是幾個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」（connected-vessel platform），每個部分均有四個螺旋槳、一個無線微控制器，以及幾個能將它們連在一起的自動閂鎖機(jī)制和傳感系統(tǒng)。
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 2 米，重 50 公斤，一次最多可搭載 6 名乘客。
也就是說，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)作過程是：當(dāng)“領(lǐng)隊”向指定目的地進(jìn)發(fā)時，其他部分可以估計出領(lǐng)隊部分的意圖，并調(diào)整它們自己的移動。領(lǐng)隊部分也可通過調(diào)整輸入來操縱其余部分，這個過程無需任何通信。
據(jù)了解，MIT 通過以下兩種情況測試了各部分的控制方法：
三部分串聯(lián)
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)隊部分會受其他部分的協(xié)助。
也就是說，Roboat II 已經(jīng)有了一種“變形”的新功能，即通過自主斷開和重新組裝成各種構(gòu)型。
每個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。計算機(jī)模擬中，可以可以有最多 12 個部分從一個大矩形重新排列為“Z”形。
Roboat II 包含哪些技術(shù)？
Roboat II 背后的技術(shù)在于：
一種即時定位與映射（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)過程無碰撞；
一種基于優(yōu)化的狀態(tài)估計器（運(yùn)動水平估計器）：更新路徑，從而避開檢測到的障礙物；
一種基于模型的最優(yōu)控制器（非線性模型預(yù)測控制器）：跟蹤來自估計器的參考軌跡。
基于 SLAM 算法、激光雷達(dá)、GPS 傳感器和慣性測量單元（inertial measurement unit），Roboat II 進(jìn)行自我定位、控制姿態(tài)和速度。
對于團(tuán)隊共同的研究成果，論文主要作者、MIT 可感知城市實(shí)驗(yàn)室和 CSAIL 高級博士后助理 Wei Wang 表示：
想要全面實(shí)現(xiàn)精確測繪、魯棒控制、載人運(yùn)輸?shù)淖詣玉{駛船只系統(tǒng)，Roboat II 正是關(guān)鍵一步。
未來，研究人員計劃利用 AI 來估計 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，船只的結(jié)構(gòu)可以動態(tài)改變。
團(tuán)隊的計劃是，船只可以自組裝成“彈出式”平臺，如橋梁和舞臺，從而緩解城市街道的擁堵情況。
正如前文所述， MIT 團(tuán)隊的無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 問世，Roboat 的核心研究團(tuán)隊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，當(dāng)時其原型也在運(yùn)河上進(jìn)行了簡單的測試。
隨后在 2018 年 5 月，研究人員又設(shè)計出了低成本、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)隊再次研發(fā)了一種「自動鎖定機(jī)制」，船只會瞄準(zhǔn)目標(biāo)、相互緊扣，一旦失敗還會繼續(xù)嘗試。
下圖為通過 VR 對船只的構(gòu)想。
經(jīng)過幾年的積累，MIT 的無人駕駛船只在軟硬件方面逐漸走向成熟，相信未來 Roboat 在城市運(yùn)河項(xiàng)目上將會發(fā)揮重要作用。
引用來源：
https://news.mit.edu/2019/roboats-autonomous-connect-assemble-0829
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