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你是否也曾想過，面對(duì)一條大河，只要將手上的機(jī)器人丟進(jìn)河里，它就能變成船或者架成橋梁帶你過河？而且能在水面上自由變化形狀，這種科幻片中的場(chǎng)景，目前已經(jīng)要被實(shí)現(xiàn)了！ 此前6月，MIT的研究人員就創(chuàng)造出了一種新的自動(dòng)機(jī)器人船原型，他們將這個(gè)機(jī)器人命名為“roboats”，它可以與另一種Voltron風(fēng)格相結(jié)合并創(chuàng)造新的結(jié)構(gòu)。 目前，MIT的機(jī)器人船隊(duì)已經(jīng)有了“變形”的新功能。通過自動(dòng)斷開和重新組裝成不同的配置，能在阿姆斯特丹的運(yùn)河中形成各種浮動(dòng)平臺(tái)。在MIT池的實(shí)驗(yàn)中，機(jī)器人可以從直線迅速排列成“L”和其他形狀。據(jù)稱在未來，阿姆斯特丹希望這艘渡船能夠巡航其165條蜿蜒的運(yùn)河，運(yùn)送貨物和人員，收集垃圾或自行組裝成“彈出式”平臺(tái) ，例如橋梁和舞臺(tái)，以幫助緩解城市繁忙街道的擁堵。 在大約一年的時(shí)間里，MIT研究人員計(jì)劃在阿姆斯特丹市中心的NEMO科學(xué)博物館和正在開發(fā)的地區(qū)之間的60米長(zhǎng)的運(yùn)河中使用這些渡船，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的“橋梁”。這個(gè)名為RoundAround（環(huán)島）的項(xiàng)目將使用科研成果在整個(gè)運(yùn)河上連續(xù)航行，在碼頭上接送乘客，當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)路上的任何東西時(shí)停止或重新組裝。目前，在水道周圍走動(dòng)大約需要10分鐘，但橋梁可以將時(shí)間縮短到大約兩分鐘。 MIT的機(jī)器人船隊(duì)通過自動(dòng)斷開和重新組裝成各種配置，在阿姆斯特丹的許多運(yùn)河中形成浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。機(jī)器人船還可以作為自動(dòng)水上出租車和渡輪，這種應(yīng)用在像阿姆斯特丹這樣的城市環(huán)境中特別有用，因?yàn)榘⒛匪固氐な且粋€(gè)運(yùn)河縱橫交錯(cuò)的城市，水道中的垃圾清理一直是一個(gè)大問題，而運(yùn)河也未被充分利用來緩解附近公路的擁堵。 2016年，MIT的研究人員就曾測(cè)試了一種可以沿著運(yùn)河中的預(yù)編程路徑向前，向后和橫向移動(dòng)的船形原型，去年，研究人員設(shè)計(jì)了低成本，3D打印，四分之一規(guī)模版本的船，這些船更加高效靈活，并配備了先進(jìn)的軌跡跟蹤算法，在6月，他們就曾創(chuàng)造了一種自動(dòng)鎖定機(jī)制，讓船只相互瞄準(zhǔn)并相互扣合，如果失敗則繼續(xù)嘗試，如今這些船能連在一起，且非常堅(jiān)固。 在上周，多智能體系統(tǒng)國(guó)際研討會(huì)上一篇新論文中，MIT研究人員描述了一種算法，可以使船體盡可能有效地平滑地重塑自己。該算法處理所有規(guī)劃和跟蹤，使得一組船體單元能夠在一組配置中彼此解鎖，行進(jìn)無碰撞路徑，并重新連接到新設(shè)置配置上的適當(dāng)位置。 在MIT池和計(jì)算機(jī)模擬中的演示中，鏈接的船舶單元組將自己從直線或正方形重新排列成其他配置，例如矩形和“L”形狀。實(shí)驗(yàn)性轉(zhuǎn)換只需要幾分鐘。更復(fù)雜的變形可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間，這取決于移動(dòng)單元的數(shù)量 - 可能是幾十個(gè) - 以及兩個(gè)形狀之間的差異。 MIT計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）和安德魯?shù)闹魅瘟_斯說：“我們已經(jīng)讓現(xiàn)在的船只與其他船只建立和斷開聯(lián)系，希望將阿姆斯特丹街頭的活動(dòng)轉(zhuǎn)移到水面上，”MIT的電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Erna Viterbi表示。“如果我們需要將材料或人員從運(yùn)河的一側(cè)送到另一側(cè)，那么一組船可以組合在一起形成線性形狀作為彈出式橋梁?；蛘?，我們可以為花卉或食物創(chuàng)建更廣闊的平臺(tái)市場(chǎng)“。 據(jù)了解，機(jī)器人船配備了傳感器、水下推進(jìn)器、GPS、照相機(jī)和微型計(jì)算機(jī)，目前，它可以按照預(yù)先確定的路徑進(jìn)行測(cè)試，但是在更新的3D打印原型上進(jìn)行測(cè)試會(huì)引入一定程度的自主性，從而完成更多的任務(wù)。為了讓操作更簡(jiǎn)單，研究人員開發(fā)兩種類型的單元：“協(xié)調(diào)員”和“搬運(yùn)員”。 一個(gè)或多個(gè)工作人員連接到一個(gè)協(xié)調(diào)器，形成一個(gè)稱為“連通容器平臺(tái)”（CVP）的實(shí)體。同時(shí)，協(xié)調(diào)員還配備了導(dǎo)航GPS和慣性測(cè)量單元（IMU），它可以計(jì)算定位，姿勢(shì)和速度。搬運(yùn)員只有能夠幫助CVP沿著路徑轉(zhuǎn)向的執(zhí)行器。每個(gè)協(xié)調(diào)員都知道并可以與所有連接的工作人員進(jìn)行無線通信，結(jié)構(gòu)包括多個(gè)CVP，并且各個(gè)CVP可以彼此鎖定以形成更大的實(shí)體。同時(shí)在他們的工作中，研究人員必須通過自主規(guī)劃、跟蹤和連接機(jī)器人單元組來應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。例如，讓每個(gè)單元都有獨(dú)特的能力來定位彼此，就如何分裂和改革達(dá)成一致，然后自由行動(dòng)，這就需要復(fù)雜的通信和控制技術(shù)，這可能會(huì)使行動(dòng)效率低下和緩慢。 原先新的測(cè)試側(cè)重于定制的鎖定系統(tǒng)，具有非常高的精度，可以以毫米的精度來連接到特定的點(diǎn)，使用基于試驗(yàn)和錯(cuò)誤算法的自主編程來確保連接到了正確的目標(biāo)點(diǎn)。如今結(jié)構(gòu)中所有連接的CVP都會(huì)比較其初始形狀和新形狀之間的幾何差異，每個(gè)CVP確定它是否保持在同一位置以及是否需要移動(dòng)，然后為每個(gè)移動(dòng)的CVP分配用于來拆卸，并形成新形狀的新位置。 在預(yù)先計(jì)算了這些無碰撞區(qū)域之后，CVP然后找到到達(dá)其最終目的地的最短軌跡，這仍然使其不會(huì)撞擊固定單元，同時(shí)，使用自定義軌跡規(guī)劃技術(shù)來計(jì)算在不中斷的情況下到達(dá)目標(biāo)位置的方式，同時(shí)優(yōu)化速度路線，因而每個(gè)CVP預(yù)先計(jì)算移動(dòng)CVP周圍的所有無碰撞區(qū)域，讓他們旋轉(zhuǎn)并遠(yuǎn)離靜止CVP。厲害的是，優(yōu)化技術(shù)用于使整個(gè)軌跡規(guī)劃過程非常有效，預(yù)計(jì)算只需要100毫秒就可以找到并改進(jìn)安全路徑。隨后，協(xié)調(diào)員使用來自GPS和IMU的數(shù)據(jù)估計(jì)其質(zhì)量中心的姿態(tài)和速度，并無線控制每個(gè)單元的所有螺旋槳并移動(dòng)到目標(biāo)位置。 實(shí)驗(yàn)在四分之一大小的機(jī)器人裝置上進(jìn)行，這些裝置長(zhǎng)約1米，寬約半米，研究人員表示，他們的軌跡規(guī)劃算法在控制長(zhǎng)約4米、寬約2米的全尺寸單元時(shí)，會(huì)有更好的伸縮性。實(shí)驗(yàn)室里研究人員位于幾種不同的變形場(chǎng)景，分別測(cè)試了三個(gè)單元的CVP，包括一個(gè)協(xié)調(diào)員和兩個(gè)工人。每個(gè)場(chǎng)景都涉及一個(gè)CVP從初始形狀解鎖并移動(dòng)并重新連接到第二個(gè)CVP周圍的目標(biāo)點(diǎn)。 像是三個(gè)CVP從連接的直線重新排列，它們?cè)谒鼈兊膫?cè)面被鎖定在一起，或者成為在前后連接的直線，以及“L”，在計(jì)算機(jī)模擬里，多達(dá)12個(gè)船只單元將自己從例如矩形重新排列成正方形或從實(shí)心正方形重新排列成Z形。 “這將是世界上第一座由自主船隊(duì)組成的橋梁，”拉蒂說一座普通的橋會(huì)非常昂貴，因?yàn)槟阌写ㄟ^，所以你需要一座可以打開的機(jī)械橋或一座非常高的橋。但是，我們可以（通過使用）自主船只連接運(yùn)河的兩邊，這些船只成為漂浮在水面上的動(dòng)態(tài)、靈敏的建筑?！?br style="overflow-wrap: break-word;"/> 為了達(dá)到這一目標(biāo)，研究人員正在進(jìn)一步開發(fā)這種機(jī)器人，以確保它們能夠安全地載人，并且能夠適應(yīng)各種天氣條件，如大雨。他們還確保機(jī)器人能夠有效地連接到運(yùn)河的兩側(cè)，運(yùn)河的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)可能會(huì)有很大的變化。 |
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