匈牙利科學(xué)院的科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)了沒(méi)有中央控制系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)蜂群的自主飛行。

雖然無(wú)人機(jī)蜂群已經(jīng)通過(guò)電腦模型展示過(guò)很多次了，但是匈牙利科學(xué)院的科學(xué)家最近首次在現(xiàn)實(shí)世界不借助中央控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)蜂群的自主飛行。這一成功為將無(wú)人機(jī)蜂群運(yùn)用于多種應(yīng)用指明了前進(jìn)方向。

當(dāng)然，蜂群的行為在自然世界平淡無(wú)奇，在鳥類、魚和昆蟲中尤為常見(jiàn)。但要理解蜂群的動(dòng)態(tài)性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，可能有多個(gè)模式。無(wú)論是否理解，蜂群的行為都出現(xiàn)了，而且通常規(guī)模很大。大量的生物個(gè)體可以集體移動(dòng)，保持方向，不會(huì)撞到障礙物，也不會(huì)撞到彼此。

不久之前，還不能說(shuō)無(wú)人機(jī)也有這種特點(diǎn)——至少，不能響應(yīng)單個(gè)控制器的多種無(wú)人機(jī)都還不具有這種特點(diǎn)。研究人員解釋說(shuō)，其中一個(gè)主要原因是無(wú)人機(jī)蜂群主要是電腦建模人員追求的目標(biāo)。分散型蜂群算法設(shè)計(jì)的理論框架固然很好，但它們無(wú)法滿足真實(shí)世界的條件。研究人員指出，這些條件包括“受限的行動(dòng)和交流能力，延遲、擾動(dòng)，或者存在障礙”。理論模型中缺少這類因素，限制了它們的價(jià)值。障礙不僅僅帶來(lái)阻礙，也會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)群的集體行為和協(xié)作帶來(lái)很大的持續(xù)影響。鑒于此，科學(xué)家們注意到，“當(dāng)存在延遲、不確定性、運(yùn)動(dòng)學(xué)限制的時(shí)候”，在計(jì)算機(jī)屏幕上表現(xiàn)出色的模型“卻在現(xiàn)實(shí)生活條件下快速振蕩、不穩(wěn)定”。

研究人員提到了多個(gè)真實(shí)世界中自主無(wú)人機(jī)蜂群的淺顯例子，例如美國(guó)軍方進(jìn)行的行動(dòng)和金屬樂(lè)隊(duì)，但他們也指出這兩個(gè)例子在某些程度上比真實(shí)世界的更明顯。無(wú)人機(jī)都是單獨(dú)編程，遵循特定的飛行路徑，或者根據(jù)指令朝著特定目標(biāo)聚集成群，從而限制了變量。

規(guī)定蜂群行為的各種通用原則，無(wú)論是鳥還是無(wú)人機(jī)，都得到了充分理解，沒(méi)有爭(zhēng)議。這些原則都來(lái)源于交互的三大簡(jiǎn)單規(guī)則：不沖撞相鄰單位、相鄰單位以相同方向行進(jìn)、跟隨相鄰單位的平均位置這三種需求。

迄今為止還不錯(cuò)，但舉個(gè)例子，一千只飛翔的椋鳥中，每一只都能夠完美地繞樹飛行，而面對(duì)同樣障礙的一群自主無(wú)人機(jī)則可能撞上去、撞在一起，或者朝著幾個(gè)不同方向散開。

研究團(tuán)隊(duì)指出，“在限定區(qū)域內(nèi)建立大型戶外分散型無(wú)人機(jī)蜂群，運(yùn)用自主撞擊及物體躲避技術(shù)實(shí)現(xiàn)同步蜂群行為，這還是個(gè)未解決的難題。”但在很大程度上，這項(xiàng)新工作解決了一大部分問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，研究人員先進(jìn)行建模，加入了幾個(gè)額外變量，反映不可預(yù)知的真實(shí)世界問(wèn)題，包括高速移動(dòng)時(shí)遇到的障礙與邊界、傳感器和短程通信設(shè)備的突然故障。該模型還包含了名為“進(jìn)化優(yōu)化”的流程——多代運(yùn)行程序，以便最終確定最優(yōu)適配特征。

但是，只能在真實(shí)世界中驗(yàn)證過(guò)才知道好壞。為了測(cè)試他們的發(fā)現(xiàn)，研究人員使用30架四翼無(wú)人機(jī)，將其放置在充滿了障礙的真實(shí)環(huán)境中。他們對(duì)無(wú)人機(jī)編程，讓其自主飛行，并設(shè)定其中一些電子元件出現(xiàn)故障，然后放行。經(jīng)過(guò)幾輪運(yùn)行，無(wú)人機(jī)蜂群匯成群，飛行沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，而且證明在高速時(shí)也沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。“這個(gè)模型讓具有不準(zhǔn)確傳感器和短程通信設(shè)備的無(wú)人機(jī)在存在連續(xù)通信延遲和可能的局部通信中斷的條件下仍然可在嘈雜環(huán)境中飛行。”

該研究團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論，他們的結(jié)果需要進(jìn)行更精密地分析，但是表現(xiàn)出提高多種環(huán)境下無(wú)人機(jī)性能的可能性。該研究發(fā)表在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·機(jī)器人》上。