無人駕駛船問世可載人且自主規(guī)劃路徑和避障

你確定是汽車不是飛機嗎？

除了還未完全成熟的自動駕駛技術(shù)，解決交通擁堵問題還有另外一種思路：立體化的出行方式。比如紅極一時的Uber飛行汽車，以及，馬斯克在地下挖洞搞得風(fēng)生水起的Boring公司 ——“用時速240公里的隧道客艙，送你到機場，只要1美元！”

所以天上地下都有了，是不是就差水上？荷蘭的阿姆斯特丹運河使得該市被稱為“北方的威尼斯”，乘游船觀光也是體驗這座城市的最佳途徑之一。

如果河上行駛的是無人船，你還敢上船嗎？

這就是麻省理工學(xué)院( MIT ) 計算機科學(xué)和人工智能實驗室 ( CSAIL ) 日前公布一個新項目，一艘能夠運送乘客的自動駕駛船。

研究人員還給這款船起了個有趣的諧音梗名字—— Roboat II。

Roboat II

Roboat是一個為期5年的研究項目，研究人員的初衷是希望通過這些自主駕駛船來改造阿姆斯特丹的運河，比如可以用它來收集水上垃圾、運送貨物或人員。

去年，CSAIL研發(fā)了第一代自動駕駛船，這些船可以根據(jù)用途的不同自動組裝成用于各種浮動結(jié)構(gòu)。今年，CSAIL推出了第2代自動駕駛船 ——Roboat II，這是一艘可以搭載乘客的船只?！癛oboat II”比原版更大、更智能，能夠支持更多的重量。

這艘船只有2米長，可以搭載兩名乘客通過阿姆斯特丹的運河。MIT稱之為“疫情友好型”，因為乘客可以保持安全的社交距離。

這艘船共有四個推進器，可以向任何方向進行移動，還裝備了激光雷達、GPS和慣性傳感器來幫助它導(dǎo)航。雖然單體船只很小，但是它依然是模塊化設(shè)計，這就意味著Roboat II可以由一艘領(lǐng)航船為主組裝成體積更大的船只。

MIT將最初的Roboat規(guī)格定為普通船只的四分之一大小，而Roboat II發(fā)展到一半大小，這表明它正在慢慢發(fā)展到可以搭載4名～6名乘客的全尺寸，據(jù)稱，這個更大的版本已經(jīng)在阿姆斯特丹建造中，但是尚不得知其測試時間。

在阿姆斯特丹運河中，Roboat II自主導(dǎo)航了3個小時，收集數(shù)據(jù)返回了起始位置，誤差 0.17米。

未來，MIT的研究小組希望繼續(xù)改進Roboat的算法，使其能夠更好地應(yīng)對船只可能遇到的挑戰(zhàn)，比如水流和海浪的干擾。研究小組也在努力使它更有能力識別和“理解”它遇到的物體，這樣Roboat就能更好地處理與周邊環(huán)境的關(guān)系。

無人船可以自發(fā)搭建起一座浮橋，又不會給航運帶來太大影響，這在未來將是智慧城市的一部分

MIT研究人員解釋開發(fā)這種船的幾個原因。首先，這個項目背后的團隊肩負著為荷蘭阿姆斯特丹市打造“世界上第一支”自主船隊的任務(wù)，所以Roboat II的開發(fā)是這個義務(wù)的一部分。同時，Roboat II也可以在全球其他城市發(fā)揮巨大的作用，只要它們有運河或水道。像這樣的小型自主船只可以舀起垃圾，運送包裹，甚至作為自動駕駛的水上出租車，將人們從一個地方運送到另一個地方。

MIT教授Daniela Rus表示，我們正在開發(fā)可以運送人員和貨物的Roboat船隊，并與其他Roboat連接，形成一系列自主平臺，編組成浮式平臺，例如浮橋、 舞臺、更大型的運輸平臺等等，以幫助緩解城市繁忙街道的擁堵狀況。

北大畢業(yè)博士為論文第一作者

目前，有關(guān)Roboat II的這篇研究已經(jīng)在國際智能機器人與系統(tǒng)會議上展示，值得一提的是，這篇 最新論文的一作王偉是來自北大的一名博士畢業(yè)生。博士論文主要研究自主智能仿生機器人魚。

對Roboat的未來暢想

2016年畢業(yè)后，王偉進入MIT進行博士后研究?，F(xiàn)在，王偉是MIT Senseab le City 實驗室和CSAIL的高級博士后，也是MIT城市研究及規(guī)劃學(xué)系的研究人員。

船體之間無需通信，自主規(guī)劃路徑并且免碰撞

Roboat II看上去像是幾個相連的矩形塊打造的“拼圖”。長方形的船體包裹著傳感器、推進器、微控制器、攝像機和其他硬件。船體之間無需通信，跟隨者可預(yù)估領(lǐng)隊意圖并調(diào)整自己移動軌跡。

通過運行SLAM算法，利用激光雷達和GPS傳感器，以及用于定位、姿態(tài)和速度的慣性測量單元，船只可以進行自我定位?？刂破鞲檨碜砸?guī)劃器的參考軌跡，規(guī)劃器更新其路徑以避開檢測到的障礙。

"手拉手排排走"的 Roboat

在自動駕駛領(lǐng)域，早起的想法是將一輛人類駕駛的領(lǐng)頭車放在一串機器人車的前面。這就是所謂的列隊行駛，看起來就像一只母鵝帶領(lǐng)著一群小鵝。

這種“隨領(lǐng)頭羊”的游戲也可以應(yīng)用到水上交通，傳統(tǒng)的列隊行駛，為了獲得準確的感知，需要在系統(tǒng)種每一個節(jié)點上都設(shè)置傳感器。

而船只可以很容易接觸和串聯(lián)移動，所以可以有比車隊串聯(lián)更復(fù)雜的安排。有了這種領(lǐng)頭追隨的體系，就不必了每一個船上都設(shè)置傳感器了。

通常每個Roboat上運行的分布式控制器需要連接結(jié)構(gòu)的速度信息 ( 以結(jié)構(gòu)中心的速度表示 ) ，但Roboat II知道自己相對于結(jié)構(gòu)中心的位置。也就是說，Roboat II的算法不需要相對位置，每個Roboat II使用自己的速度，而不是結(jié)構(gòu)中心的速度。

當(dāng)領(lǐng)隊Roboat II開始向給定的目的地移動時，另一個Roboat II可以估計領(lǐng)隊的意圖并調(diào)整自己的移動軌跡。領(lǐng)隊船還可以通過調(diào)整輸入來引導(dǎo)Roboat II的其余部分，而不需要兩艘船之間進行任何通信。

研究人員計劃在未來使用人工智能來估計Roboat的關(guān)鍵參數(shù)。他們還打算探索自適應(yīng)控制器，當(dāng)物體被放置在船上時，允許結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，船可以以各種方式“變形”成有用的結(jié)構(gòu)，就像一個在河面或者湖泊上的組合積木，自動充電也是可能的。船只可以自己插上電源，就像有自動充電功能的掃地機器人一樣。

阿姆斯特丹高級都市解決方案研究所正在建造一個4米的全尺寸模型，用于在阿姆斯特丹的運河中進行測試。

完全自動化是最終的目標，該團隊對Roboat的未來想象是，白天路面上的基礎(chǔ)設(shè)施運輸服務(wù)，到了半夜，可以在水路上繼續(xù)運作，比如物流、垃圾管理、廢物管理等等。一個很有趣的例子 —— 荷蘭每年有1.2萬輛自行車“死于”河道中，Roboat就可以在這方面發(fā)揮作用。

王偉表示，還希望最終將該技術(shù)應(yīng)用在其他船上實施，讓船只普遍具有自主性。

Roboat項目已持續(xù)5年，未來可期

MIT團隊的無人駕駛船只研究已有5年歷史。

2016年，該項目的第一款作品Roboat問世，根據(jù)預(yù)寫的路線，它已經(jīng)可以在阿姆斯特丹的運河道里行駛。當(dāng)時其原型也在運河上進行了簡單的測試。

到2018年5月，研究人員設(shè)計了更低成本的3D打印機器船，大小僅為之前版本的1/4，這些船只相比前代更為高效靈活，還配備了先進的軌跡跟蹤算法。

2019年6月，團隊再次研發(fā)了一種“自動鎖定機制”，船只會瞄準目標、相互緊扣，一旦失敗還會繼續(xù)嘗試。

2020年，則是前文介紹的Roboat再次更新。

總的來說MIT的這個方案大大拓寬了未來無人船的商用化應(yīng)用領(lǐng)域，AI的目的就是讓人的生活更加省時省力。除了文中所描述的一些城市應(yīng)用場景外，在港口轉(zhuǎn)運時，采用這種可編組無人平臺，可以搭建臨時碼頭，提高碼頭的空間利用率，甚至通過合理的程序優(yōu)化，可以提升裝卸效率，現(xiàn)在有很多水路因為橋梁高度限制通航條件，或者在登陸戰(zhàn)的時候，我們可以采用這種智能化平臺扮演臨時碼頭的角色，協(xié)助轉(zhuǎn)運等等。

總之相關(guān)應(yīng)用方向有很多值得發(fā)掘，人類只有不斷嘗試，才能知道未來是什么樣子的。