史上數量最多!歐盟 CoCoRo 群體機器人「分工合作」執行水下搜索任務

 

 

這幾年「群體智慧」機器人研究相當熱門,無論是空中嗡嗡飛行、來去如風的無人機群集,還是地面上活蹦亂跳的大群可動機器人,皆時有耳聞,而這些群集在數量上則從幾十個到幾百個都有。2014 年年底,哈佛大學同時登上重量級期刊《自然(Nature)》與《科學(Science)》該年十大關鍵研究排行榜,能像「變形金剛」一樣自行排列出指定形狀的群體機器人 Kilobots,其總數甚至高達 1024 架之多!

 

但是,在水底機器人這一塊,群體機器人的研究似乎就少有耳聞、遜色許多——儘管視野昏暗渾濁、遠比陸地或空中更具挑戰性的水底環境,其實最需要水下無人載具的同心協力。

 

 

 

 

打從 2011 年起,歐盟執行委員會贊助下的「群體認知機器人學計劃」 (Collective Cognitive Robotics,又稱 CoCoRo Project),便開始致力研發一群能夠彼此分工合作,藉互動傳遞訊息、完成任務的自主式水下無人載具群集(AUV swarm)。過程中,研發團隊向大自然取經,參考魚群、鳥群和螞蟻、蜜蜂等社會性昆蟲的集體運動(collective movement),最後從本是構造原始的單細胞生物、卻能在需要時發出訊號「自行組成」多細胞集團互助覓食的黏菌(slime molds)身上,找到了這個機器人群集運作上的靈感。

 

CoCoRo 計劃共由 41 臺自主式機器人組成,是目前世界上規模最大的「水下無人載具群集」。若依功能構造區分,這 41 臺機器人包括 1 臺「基地站」機器人(base-bot);20 臺名叫 Jeff 的梭形「水底搜索」機器艇(search swarm),它們可以準確進行目標定位、導航,即使遭遇迎面而來的強勁水流,仍能以每秒 1 公尺的迅捷速度,靈巧穿梭於水底障礙物之間;還有 20 臺名叫 Lily 的圓餅形「水面支援」機器人(support swarm),它們能夠均勻散布、漂浮在水面上或淺水層,以類似黏菌或螢火蟲發出的脈衝訊號(pulsed signals)彼此互通有無,居中作為水底的 Jeff 與水面的 base-bot 傳遞數據的橋樑。

 

 

 

 

 

 

下方影片中,這項「水底飛機搜救任務」模擬實驗中,我們可以看見 Jeff 與 Lily 機器人身處複雜環境下的明顯分工過程:當一架潛入水底的 Jeff 機器艇發現了目標——一座具有磁性的模型小飛機時,它便會以藍光 LED 燈發送位置訊號給水面上方的 Lily 機器人,請它們趕緊過來協助傳遞資訊,從水面上「召集」其他三架 Jeff 前來,直到所有 Jeff 與 Lily 機器人都聚集在目標周圍為止。

 

 

 

 

CoCoRo 計劃所研發的這個水下無人載具群集,就跟其他任何類型的群體機器人一樣,秉持著去中心化(decentralized)的概念而組成:群集中的每一臺機器人都是擁有高度自主性的個體,不需要倚賴任何一臺特定機器人的統籌指揮,它們不僅都可以獨立行動、根據集體資訊產生自主判斷,在需要時「呼喚」其他個體前來「助拳」,同時也能在短暫時間內覆蓋大範圍面積,對險惡的外在環境具有高度彈性和適應力——換句話說,就算同時有四、五臺 Jeff 或 Lily 機器人不幸遺失、受損或故障,也不會對大局產生致命的影響。

 

當我們需要在無邊無際的水底進行探勘、搜索或救援行動時(例如搜索沉船或考古遺跡),這會是非常重要的一項優勢。

 

 

 

 

CoCoRo 研究團隊接下來的目標,是將 Lily 與 Jeff 機器人帶到戶外「野放」,檢視他們在實驗室控制環境之外的自然水域(如野外湖泊、溪流)中完成任務的能力。倘若未來這群迷你無人潛水艇的精確度能夠提高,並能承受更大的水壓,以進行海床探測的話,其潛在成效不可限量。

 

畢竟,就算「瞎子摸象」也好,「以管窺天」也罷,當每一臺能力有限的機器人都可經由合作分工、精確溝通來處理大量資訊時,整片天空、整頭大象的全貌不也就呼之欲出了嗎?

 

 

 

史上數量最多!歐盟 CoCoRo 群體機器人「分工合作」執行水下搜索任務-2.png

 

 


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