2個(gè)或多個(gè)機(jī)器人協(xié)同功課，并非簡(jiǎn)樸的功用疊加，反而是會(huì)發(fā)生1+1>2的群體智能效應(yīng)，涌現(xiàn)出全新的協(xié)同行動(dòng)模態(tài)，進(jìn)而能夠完成加倍龐雜的協(xié)同義務(wù)。
廖煜雷 項(xiàng)目群牽頭人、哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院西席
2個(gè)或多個(gè)機(jī)器人協(xié)同功課，并非簡(jiǎn)樸的功效疊加，反而是會(huì)呈現(xiàn)1+1>2的群體智能效應(yīng)，涌現(xiàn)出全新的協(xié)同舉動(dòng)模態(tài)，進(jìn)而能夠完成愈加龐大的協(xié)同使命。
機(jī)械人組團(tuán)海上出征，您見過(guò)嗎？海面上，多個(gè)海洋機(jī)械人列隊(duì)行進(jìn)，它們經(jīng)由過(guò)程組網(wǎng)通訊同享信息，伴隨著功課大勢(shì)的接續(xù)改動(dòng)，快速變更隊(duì)形，終究完成協(xié)同探測(cè)等義務(wù)。而且這一些義務(wù)完全由機(jī)械人們自立功課，不需要人為干涉。
記者3月初由哈爾濱工程大學(xué)得悉，由哈爾濱工程大學(xué)水下機(jī)器人技能國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽頭的海洋機(jī)器人集群智能協(xié)同技能項(xiàng)目群樂成展現(xiàn)了機(jī)器人組團(tuán)海上出征的排場(chǎng)，并順?biāo)焱ㄟ^(guò)了海試驗(yàn)收。
本次團(tuán)隊(duì)合作演示正在海內(nèi)初次實(shí)現(xiàn)了海洋機(jī)器人集群智能協(xié)同架構(gòu)形式由集中式/混合式發(fā)展為分布式，體系協(xié)同智能化程度由半自立升級(jí)為齊自立，順應(yīng)使命場(chǎng)景及環(huán)境由肯定結(jié)構(gòu)化拓展為未知非結(jié)構(gòu)化，這標(biāo)志著我國(guó)海洋機(jī)器人集群智能協(xié)同技能取得了實(shí)質(zhì)性打破并達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)程度。
團(tuán)隊(duì)協(xié)同出現(xiàn)群體智能效應(yīng)
海洋機(jī)器人是一類可以遙控或自立操控完成特定功用的無(wú)人海上飛行器。海洋機(jī)器人進(jìn)步的汗青約有70年，閱歷了由載人到無(wú)人，由直接操控、遙控到自立、智能，由單機(jī)、多機(jī)到集群的重要進(jìn)步階段。受計(jì)算機(jī)、人工智能、質(zhì)料、通信、傳感器等技能的推進(jìn)，近30年來(lái)，海洋機(jī)器人進(jìn)步迅猛，現(xiàn)在人工智能技能正在推進(jìn)海洋機(jī)器人進(jìn)入智能海洋機(jī)器人時(shí)期。
就像自然界中的魚群、狼群、蜂群一樣，“2個(gè)或多個(gè)機(jī)器人協(xié)同功課，并非簡(jiǎn)樸的功用疊加，反而是會(huì)發(fā)生1+1>2的群體智能效應(yīng)，涌現(xiàn)出全新的協(xié)同舉動(dòng)模態(tài)，進(jìn)而能夠完成加倍龐雜的協(xié)同義務(wù)。”項(xiàng)目群牽頭人、哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院西席廖煜雷先容。
俗語(yǔ)說(shuō)人多勢(shì)眾，群體智能是源于自然界群居生物體系中的一種出現(xiàn)智能，以蜂群為例，每一個(gè)蜜蜂的合作明白，其個(gè)別的本領(lǐng)和智力較低，可是蜂群會(huì)聚后能夠構(gòu)建重大且重大的蜂巢，正在重大自然環(huán)境中實(shí)現(xiàn)種群繁衍，體現(xiàn)出壯大的生存本領(lǐng)和重大的群體行為。
海洋機(jī)器人的集群智能協(xié)同還克服了單個(gè)機(jī)器人功課本領(lǐng)弱、工作范圍小和工作效力低等錯(cuò)誤謬誤，可實(shí)現(xiàn)單個(gè)機(jī)器人不具備的功用，并明顯提拔體系的功課效力或本領(lǐng)。機(jī)器人集群智能協(xié)同手藝可將人工智能、大數(shù)據(jù)、云較量爭(zhēng)論等手藝作用下的機(jī)器人的通信、感知、認(rèn)知、決議、節(jié)制取行動(dòng)有用交融，實(shí)現(xiàn)集群體系下個(gè)別的互聯(lián)互通、態(tài)勢(shì)同享、廣開言路，正在龐大卑劣的環(huán)境下，表現(xiàn)出取人類相稱或逾越人類的本領(lǐng)。
海洋機(jī)器人集群智能協(xié)同技能可應(yīng)用于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)、海洋科學(xué)觀察、海底觀察，支撐構(gòu)建廣域立體化海洋觀察網(wǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“數(shù)字海洋”；還可應(yīng)用于海底地形測(cè)繪、航道丈量、油氣勘察等，實(shí)現(xiàn)快速大范圍海洋探測(cè)，支撐海洋經(jīng)濟(jì)進(jìn)展；有助于保護(hù)海洋權(quán)益、保障海洋安全等，對(duì)我國(guó)進(jìn)展人工智能計(jì)謀、建立海洋強(qiáng)國(guó)具有重要意義。
實(shí)現(xiàn)集群智能協(xié)同面對(duì)三大挑釁
項(xiàng)目群義務(wù)專家、哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院傳授李曄先容，海洋機(jī)器人集群智能協(xié)同是“人工智能+海洋無(wú)人體系”深度交融進(jìn)步的一項(xiàng)基礎(chǔ)性、立異性技能，作為引領(lǐng)將來(lái)設(shè)備進(jìn)步、功課形式變更的一項(xiàng)前沿顛覆性技能而備受存眷，也是“十三五”時(shí)代一項(xiàng)具有標(biāo)志性意義的科研項(xiàng)目。
此次海試的海洋機(jī)器人集群智能協(xié)同手藝項(xiàng)目群體系巨大、觸及關(guān)鍵手藝浩瀚、復(fù)雜性高。廖煜雷引見，海洋機(jī)器人集群智能協(xié)同手藝關(guān)鍵面對(duì)三大手藝挑釁。首先，正在海洋機(jī)器人編隊(duì)中，差別品種的機(jī)器人被給予差別的任務(wù)；與此同時(shí)，它們的船型多樣、機(jī)動(dòng)性差別大、載荷品種多，智能算法若何有用婚配差別范例的機(jī)器人并闡揚(yáng)集群效能是一大難點(diǎn)。
海洋機(jī)器人處于龐大、卑劣的功課環(huán)境，正在這類典范的強(qiáng)滋擾、弱通信和弱觀察環(huán)境里，機(jī)器人的智能體系會(huì)受到明顯危害，活動(dòng)擾動(dòng)大、感知沒有正確、信息交互難。是以，正在如許的情況下，若何讓機(jī)器人具有優(yōu)越的生存能力和功課性能是科研攻關(guān)面對(duì)的第二個(gè)挑釁。
齷齪、單調(diào)、危險(xiǎn)，3個(gè)關(guān)鍵詞解釋了海洋機(jī)器人的義務(wù)場(chǎng)景。要讓機(jī)器人搭載多樣的功用載荷、把握龐雜的功課技能以知足差別的義務(wù)需求，并順應(yīng)龐雜的、不確定的乃至對(duì)抗性的運(yùn)用場(chǎng)景，這對(duì)智能算法的順應(yīng)性、穩(wěn)定性、進(jìn)修本領(lǐng)提出了刻薄的規(guī)定，也是集群智能協(xié)同手藝面對(duì)的第三個(gè)挑釁。
要辦理以上困難，科研人員要在海洋機(jī)器人集群智能協(xié)同手藝的信息同享、協(xié)同感知、協(xié)同編隊(duì)、協(xié)同決議、人機(jī)協(xié)同、功課計(jì)謀等基礎(chǔ)理論算法層面睜開體系、深入的研討。
分布式架構(gòu)讓機(jī)器人隨時(shí)插足或退出
近年來(lái)，我國(guó)多個(gè)科研機(jī)構(gòu)正在機(jī)器人集群智能協(xié)同手藝領(lǐng)域睜開研討，取得了必定的功效，而本項(xiàng)目群正在此前研討的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了多個(gè)手藝打破，如由多機(jī)自立協(xié)調(diào)向集群智能協(xié)同的打破；由特定義務(wù)導(dǎo)向的集群協(xié)同向場(chǎng)景順應(yīng)多義務(wù)集群協(xié)同的打破；順應(yīng)場(chǎng)景及環(huán)境由肯定前提向非肯定前提的打破；由編隊(duì)掌握到集群智能出現(xiàn)的打破。個(gè)中最主要的打破便是集群協(xié)同架構(gòu)由集中式/混合式向分布式超過(guò)，和智能程度由半自立向齊自立的超過(guò)。
項(xiàng)目群決議計(jì)劃項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、哈爾濱工程大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院西席史長(zhǎng)亭先容，集中式由稱號(hào)上能夠看得出，集群體系架構(gòu)中存在一個(gè)中心（主節(jié)點(diǎn)），這類架構(gòu)的體系布置快速、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)樸、適用于中小范圍的集群或特定簡(jiǎn)樸義務(wù)，但因其體系架構(gòu)固定，不克不及隨義務(wù)改動(dòng)、靈活性較差，一旦主節(jié)點(diǎn)被粉碎，輕易致使體系潰散。與此同時(shí)，其支撐的機(jī)器人數(shù)目有限、擴(kuò)展性差，難以實(shí)現(xiàn)大范圍集群體系。是以，集中式集群體系普通順應(yīng)特定的簡(jiǎn)樸義務(wù)。
而分布式體系架構(gòu)更接近于自然界的魚群、狼群、蜂群等群體智能體系形態(tài)，更容易實(shí)現(xiàn)更高條理、更高智能程度的集群智能?！胺植际绞嵌帱c(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)中間集群體系架構(gòu)，可隨時(shí)增減機(jī)器人，體系彈性易擴(kuò)大且撐持大規(guī)模集群體系。與此同時(shí)，如許的架構(gòu)抗壓性強(qiáng)，若干機(jī)器人插手或破壞，不影響全部體系的穩(wěn)定性。分布式架構(gòu)可根據(jù)環(huán)境或使命的改動(dòng)，靜態(tài)調(diào)解體系架構(gòu)，更適用于不確定的環(huán)境或龐大瞬變的使命。而集群本領(lǐng)的提拔，意味著能夠進(jìn)步對(duì)龐大實(shí)在海洋環(huán)境的適應(yīng)性，或撐持完成愈加龐大的協(xié)同使命。”項(xiàng)目群感知項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院西席王博默示。
集群協(xié)同架構(gòu)由集中式到分布式的逾越，對(duì)機(jī)器人在線的感知、決議計(jì)劃、功課等才能和體系智能化程度提出了更高請(qǐng)求。廖煜雷暗示，經(jīng)由近兩年的攻堅(jiān)克難，科研團(tuán)隊(duì)突破了信息同享、協(xié)同感知、火速編隊(duì)、協(xié)同決議計(jì)劃、人機(jī)協(xié)同、功課計(jì)謀、體系集成等中心關(guān)鍵技能，樂成研制出具有多協(xié)同義務(wù)形式、多智能模態(tài)、彈性可重構(gòu)的海洋機(jī)器人集群智能協(xié)同技能演示體系，有力推動(dòng)了海洋機(jī)器人集群智能協(xié)同范疇的理論立異及技能發(fā)展。
“經(jīng)過(guò)綜合考量體系架構(gòu)設(shè)計(jì)、體系功用需求、智能算法適應(yīng)性、平臺(tái)功課本領(lǐng)和通信帶寬等多種因素，我們的集群智能協(xié)同手藝今朝能支撐不少于50個(gè)海洋機(jī)器人配合功課，機(jī)器人能夠隨時(shí)插足或退出集群，集群體系可自立快速重構(gòu)并重新分配任務(wù)，進(jìn)而改動(dòng)功課范圍或服從；與此同時(shí)，機(jī)器人集群智能協(xié)同手藝可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人齊自立操縱，還可根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)人機(jī)相互協(xié)作?！表?xiàng)目群人機(jī)協(xié)同項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、哈爾濱工程大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院西席劉海波說(shuō)。（◎通訊員 朱 虹 李麗云）