DARPA別出心裁的地下機器人大賽

編譯 思羽

2018年9月底，美國國防高級研究計劃局（DARPA）將眾多機器人學家聚集于肯塔基州的路易維爾巨洞，交給他們一項任務：設計出一種能在隧道和洞穴構(gòu)成的、能令人筋疲力盡的地下環(huán)境里通行的機器人，那些機器人要面對地球上最殘酷無情的環(huán)境。組織方稱其為“地下挑戰(zhàn)賽”，但不妨稱其為“機器人必死挑戰(zhàn)賽”。

這個比賽將于2019年展開，與過去的賽事有著本質(zhì)的不同。最初，這個高級研究部門主辦了“大挑戰(zhàn)賽”（Grand Challenge），讓自動駕駛車輛在沙漠中比賽，該活動幫助推動了無人駕駛汽車革命。接著，它監(jiān)督了“機器人挑戰(zhàn)賽”（Robotics Challenge），比賽中的人形機器人嘗試開門和駕駛敞篷車，但大多數(shù)機器人都臉朝下摔倒在地上。兩次賽事的技術(shù)挑戰(zhàn)都極具意義，但它們面臨的環(huán)境相對來說平淡無奇?！暗叵绿魬?zhàn)賽”中的機器人要進入地下世界，將會面臨非同一般、猶如地獄的可怕環(huán)境。

DARPA會將這項新競賽分成3條路線，每條路線都會給參賽團隊帶來新的麻煩。首先是由雜亂的通道構(gòu)成的隧道環(huán)境，又有具備峭壁、斜坡和狹道的洞穴環(huán)境，還有一處類似地下掩體的環(huán)境，它將是機器人會遇到的最具“結(jié)構(gòu)性”,或者最可預知的環(huán)境。然而，那意味著機器人將要在一片針對人類的靈巧性而優(yōu)化過的區(qū)域內(nèi)展開活躍的行動，其中或許還包括了爬樓梯。

參賽團隊（其中包括來自卡內(nèi)基·梅隆大學、NASA轄下的噴氣推進實驗室、加州理工學院的參賽者）將分別攻克每條路線，其間會相隔大約6個月。首先從隧道路線開始，時間定于2019年8月。參賽的機器人將會在每個環(huán)境中運轉(zhuǎn)多次，取最高分的成績。在2021年8月，參賽團隊會聚集在一起，攻克最終的比賽項目，它是某種程度上的3種不同環(huán)境的混搭。

對于這些團隊來說，最核心的考驗將會是他們的機器人是否具備足夠的靈活性，足以在洞穴、隧道和都市建筑物中運行自如。DARPA的項目經(jīng)理蒂莫西·莊（Timothy Chung）說：“你可能是個厲害的游泳者，但在跑步或騎單車上不算厲害，然而當你將3項能力放在一起，最終讓你能越過終點線的，就是你如何應付所有3項比賽的方式?！?/p>

評分將會圍繞著DARPA所關注的細節(jié)。這些關注點將會散布于整個地下環(huán)境，包括幸存者、無線電、手機、閥門和氧氣濃度。基本理念是參賽團隊要盡可能快地偵測和定位到這些關注點。你完成得越快，獲得的分數(shù)就越多。

這將會是傳感領域的混亂困境。常規(guī)的老式視覺傳感器對于氧氣濃度之外的大多數(shù)關注點都能奏效，但是假如你失去光源，那該怎么辦？激光雷達也許能用三維激光幫助你繪制環(huán)境地圖，但它不會幫助你順利找到手機之類的小型物件。

但是話又要說回來，多重傳感器意味著冗余的系統(tǒng)。譬如說，在你尋找幸存者時，你也許用一臺熱成像相機、甚至是麥克風就能辦到，于是假如一種方法無效，你還有后備方案。傳統(tǒng)的視覺傳感器會幫助你發(fā)現(xiàn)入口點和出口點，但激光雷達也能在這點上幫你。團隊要接受的挑戰(zhàn)不僅在于選擇恰當?shù)膫鞲衅?，還在于保持所有傳感器的運作，又不讓系統(tǒng)過載，避免電池過早耗盡。

令挑戰(zhàn)更加艱巨的因素是競賽環(huán)境本身的嚴酷性。除了一直保持黑暗的環(huán)境，機器人還得要對付微粒、泥漿、豎井和狹道。這種骯臟的環(huán)境肯定會對傳感器造成破壞。畢竟，就連讓一臺機器人在潮濕的溫室中運轉(zhuǎn)又不造成傳感器故障都很難實現(xiàn)。洞穴也可能很潮濕，更不用說可能從洞頂?shù)蜗滤椤?/p>

因為地下環(huán)境的多種多樣，這些團隊所構(gòu)想的機器人不會是同個模樣?；蛟S，像藤蔓一樣生長的柔性機器人會很好地適應洞穴中的狹隘空間，而一臺無人機能夠繪制更大的洞穴空間的地圖。不同的機器人能夠協(xié)同工作——可能是一臺無人機拴在一個類似坦克、甚至是四足的機器人上面，從更大號的電池中汲取電力，并獲得一些穩(wěn)定性。

不管使用什么方法，關鍵將會在于自主性：地下沒有GPS，而無線網(wǎng)絡通訊也僅會在一定距離內(nèi)有效?？紤]到環(huán)境的崎嶇不平，讓你的機器人始終連接著主基站會很困難。另一種替代方案是讓團隊使用小型的“中繼”機器人，由它們在打頭陣的機器人和團隊的控制中心之間轉(zhuǎn)接信號，這樣操作員能夠監(jiān)控任務的進展。

DARPA讓參賽團隊自由發(fā)揮。想要嘗試一下集群機器人，讓地下環(huán)境中涌入許多微型機器人嗎？試一試吧，但要小心開支?！安渴? 000個機器人，在后勤方面就意味著得有人管理那1 000個機器人，進行維護保養(yǎng)?！盌ARPA的蒂莫西·莊說。

如果機器人能學會在地下環(huán)境中行進，機器人學家就離幫助現(xiàn)場應急人員的目標更近了一步。正如我們在2018年夏天泰國的洞窟救援事件中認識到的，救援行動仍然要由人類去完成（無論埃隆·馬斯克和他的“不實用”機器人會告訴你什么）。在洞穴之外，單單紐約市就有數(shù)百英里長的地鐵隧道和汽車隧道，民眾可能在緊急事件中被困于那些隧道中。如果現(xiàn)場有煙氣或瓦斯泄漏，現(xiàn)場應急人員的明智做法會是首先派一名機器人去偵察現(xiàn)場。

因為我們在討論的是DARPA組織的機器人大賽，所以軍事應用也是我們的首要考慮。譬如說，讓機器人去偵察躲藏在隧道或洞穴里的敵人。美國國防部下轄的國防威脅降低局（Defense Threat Reduction Agency，DTRA）的資深技術(shù)顧問鮑勃·黑斯蒂（Bob Hastie）說：“我希望你們這些來到這兒的聰明絕頂?shù)娜怂伎歼@件事。當躲在地下的敵人不希望我進入，而他將要做什么事令我的人生變得痛苦，那時會發(fā)生什么。我希望你們所有人都思考一下，當你們的團隊被邪惡博士盯上會怎樣?！?/p>

資料來源 Wired