0
| 本文作者： 付靜 | 2020-10-29 16:55 |
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。
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。
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。
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)。
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 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 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：
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(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。
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。
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。
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
雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)
雷峰網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見(jiàn)轉(zhuǎn)載須知。
