沒有贏家的無人機大賽

國際機器人大賽的創始人羅伯特·米切爾森接受本刊采訪時說，來自麻省理工學院、斯坦福大學等高等學府的學生們，曾為了完成任務而竭盡全力把最前沿的科研成果整合在自己的無人機上，使這些曾被認為不可能實現的事情，在自己手中變為現實。中國高校的學生也在為此努力。

創始于1990年的“國際空中機器人大賽”，是在美國佐治亞理工大學的羅伯特·米切爾森教授的倡導下，由國際無人系統協會（AUVSI）舉辦的全球性賽事，一直只在美國舉辦。今年，這項賽事首次設立亞太賽區，以方便亞洲和太平洋的大學生無人機團隊參賽。比賽由中國航空學會主辦，中國航空學會GNC分會和北航飛行器控制一體化重點實驗室承辦。

找到一個位于“深山密林”中的防御工事，從窗戶潛入，小心地避開警報器，找到一個放在房間里的儲存機密文件的U盤，竊取它，再將一個完全一樣的U盤放在那里來迷惑敵人，而后再次避開所有的警報器原路撤離。這樣一次酷似諜戰電影的“秘密潛入”行動，對于經過嚴格訓練，而且身手敏捷的人類特工來說都不一定能完成；那么，比人類體積小巧，卻缺少了智能的“機器人特工”，有沒有可能實現這個目標呢？

8月8日和9日，在北京航空航天大學的體育館里，8支來自中國各地的大學生代表隊，參加了2012年“國際空中機器人大賽（亞太賽區）”的角逐。他們的空中機器人（無人機）就要完成這項“秘密潛入”的任務，但這些“特工”能在10分鐘內完成嗎？

4個旋翼背后的奧秘

今年的2012國際空中機器人大賽亞太賽區賽事，由于卡塔爾和伊朗的參賽隊未能完成無人機建造工作，只得退賽。本次實際上只有清華大學、北京航空航天大學、南京航空航天大學等8支中國的團隊參加。在2天的賽程中，8支隊伍共進行4輪角逐，依次挑戰這項任務。

記者在現場看到，這8支隊伍的無人機無一例外地采用了4個旋翼的直升機式的結構，4個旋翼以90度平均分布。哈爾濱工程大學的一名參賽選手告訴記者，由于國際空中機器人大賽規定參賽的無人機不得超過1500克，而在同等質量下，這樣的結構最容易控制，或者說最容易編寫讓無人機根據賽場情況運動的程序。

而一位裁判人員也證實，這種4個旋翼布局的無人機，可以在網絡上找到控制其飛行姿態的開放源代碼程序，這些程序所有人都可以自由使用。在將開源程序導入控制芯片后，這種無人機只需要根據情況調整4個旋翼的轉速，就能實現前進、后退、轉彎、升降等動作，從而使選手有更多的精力去研究無人機在室內識別目標和拿起、放下物品的問題。

相比之下，“單旋翼+尾槳”的傳統直升機布局，或者其他一些已有的直升機布局，不僅很容易超重，而且在近似于樓道的賽場環境中很難靈活地轉向。因此隨著這項賽事的發展，“4旋翼”的布局很快成為主流。

“秘密潛入”依靠高科技

除了異于有人駕駛的普通直升機的布局，這些無人機身上搭載的數量豐富的傳感器和電腦芯片，也是它們異于普通直升機，以及大部分應用于戶外環境的無人機的特色。

2012年“國際空中機器人大賽（亞太賽區）”組織委員會執行主任王英勛介紹說，根據規則，國際空中機器人大賽的參賽無人機不得使用GPS導航。這就意味著所有參賽無人機必須模擬人類進入陌生環境時所做的一切。我們知道，當人走進一座陌生建筑物的時候，他（她）會在走廊里走上一個來回，從而弄清每個房間的相對位置和用途。無人機不懂得房間之間相對位置的概念，它們只能運用傳感器盡快掃描整個賽場，并在自己的芯片中建立起賽場的三維地圖模型，同時計算出自己所處的位置和自己與每個房間的絕對距離。

當然這絕不是一項簡單任務，因為此時無人機本身也高速運動中，而且不能由選手來控制。它稍有不慎，就可能觸動警報器撞到障礙物墜落而導致任務失敗。

在建立3D地圖之外，每一架無人機身上還搭載了大量不同用途的傳感器，比如用于測距的激光或超聲波傳感器和判斷房間房門位置的視頻傳感器等。它們提供的數據，經過電腦芯片的分析，成為建立地圖和指導無人機行動的依據。有了高科技的“眼睛”和“耳朵”，無人機就仿佛成了雄鷹與蝙蝠的“合體”，搜索一個個房間并找到需要的目標。

由于整合了大量最前沿的科技成果，這樣一套系統當然價格不菲。因此，這項賽事是一種頗為奢侈的游戲，而科學探索精神和對無人機事業的熱愛，是支撐各國參賽學校走到最后的唯一動力，因為通過參賽得到的無人機設計經驗，可以說是無價的知識財富。

六代任務挑戰全球智慧

盡管整合了當代最先進的機電一體化方面的科技成果，但在2天的挑戰中，8支參賽隊伍還是全部以失敗告終，有的無人機甚至沒能飛進競賽區就失控墜毀；“走得最遠”的南京航空航天大學和清華大學代表隊，也只是飛過了曲折的走廊，卻沒能到達房間區域。而在美國賽區，情況也同樣不樂觀，表現最佳的參賽隊只是讓無人機飛進競賽區，探索了所有的房間，但最終沒能找到U盤，只能空手而歸。這或許可以歸因于電腦和傳感器技術目前的發展狀態，還不能讓無人機有足夠的“反應速度”和“判斷能力”。

事實上，自1990年創立以來，“國際空中機器人大賽”的每一次任務（競賽題目），都保持著讓當時的機器人和無人機研發人員乍舌的超高難度，并以此吸引了來自全球各地頂尖理工科大學的大學生們前來挑戰。

王英勛說：“‘國際空中機器人大賽’每年設獎金10000美元，獎給完成任務且用時最短的參賽隊。如果當年沒有隊伍完成任務，則下一年繼續比賽，獎金也累積到下一年。而只要有一支參賽隊完成任務，那么下一年比賽組織者就會設計新的任務，也就是讓比賽進入‘下一代’。”

“但如果在某一年里，有多支參賽隊伍都完成了任務，那么只有用時最短的隊伍能獲得獎金，而其他完成任務的隊伍則會獲得1000美元的獎勵，也就是退還他們繳納的報名費?！辟愂聞撌既?，美國佐治亞理工大學的羅伯特·米切爾森教授說。

自1990年創立至今，“國際空中機器人大賽”只經歷了6代任務。第一代任務是讓無人直升機（機器人）自主地將金屬圓盤從賽場一端移動到另一端。在那個電腦技術遠沒有現在發達的年代，這樣的任務被認為是“不可能完成的”。但在1995年，斯坦福大學就完成了這個任務，并取得了此前累積的全部獎金。

“到目前為止，這項賽事的獎金分配只出現過一次例外?！蓖跤赘嬖V記者，第四代任務是這項賽事創立以來最具戲劇性的一代，它被解釋為“偵查某地被囚禁的人質的情況”，“潛入有致命病毒且即將被燃燒彈毀滅的古墓，拍攝珍貴的古籍”，“進入已經發生核泄漏的核電站，檢查反應堆控制終端狀態”等3種不同的劇情，簡而言之就是讓無人機潛入某個建筑，朝指定位置拍一張照片再回來。

這一代任務自2001年設立以來持續進行了8年，到2008年時，有多支隊伍都完成了任務，但沒有一支在指定時間內完成，根據規則本應全部判為失敗。但所有的參賽隊都認為再競爭下去已經沒有意義，因此所有完成任務的隊伍根據比賽用時排序，依次分配了累積下來的8萬美元獎金，并開啟了第五代任務。但這一代任務只是在第四代任務的基礎上進行了微小的改變，因此當年就被攻克，而后被2010年設置的第六代任務取代。

正因為這項賽事非常困難，因此每一代任務都被劃分為若干個“采分點”，分別記分。以今年的第六代任務為例，無人機自主飛進“窗口”可以得到200分，找到U盤為500分，拿到U盤可以得到1000分，等等。雖然完不成任務就不會拿到獎金，但在積分榜上排到比較靠前的名次，也是一種無形的榮譽。

創始人解讀大賽緣起

在現場觀看比賽的羅伯特教授，用他的iPhone錄下了8支中國代表隊的無人機的表現。他為這項賽事首次在中國舉辦，就吸引了如此眾多的參賽者而欣喜萬分。

羅伯特說，我們知道，在世界上的很多發達國家，都有各種名目的機器人賽事，比如各類機器人足球或其他機器人體育比賽。相比于這一類賽事，國際空中機器人大賽更多地強調一種解決問題的過程。

在他1990年倡議設立這項賽事的時候，許許多多的人都認為當年設置的任務在短時期內是難以由機器人（無人機）來完成的；1996年啟動的以清理核生化廢料場為主題的第二代任務也是如此。但來自麻省理工學院、斯坦福大學等高等學府的學生們，為了完成任務而竭盡全力把最前沿的科研成果整合在自己的無人機上，使這些曾被認為不可能實現的事情，在自己手中變為現實。一年年的比賽，讓人看到全世界的學習機器人、無人機課程的最頂尖的大學生們，為解決一個個難題而思索，并從中收獲探索未知的快樂，這正是人類需要的精神。

在今年的賽事上，美國賽區的參賽隊伍也不僅僅局限于美國，而是有加拿大、印度等電子、機器人強國的隊伍參加。這項已經走過20多年歷程的賽事，正在將“運用無人系統做些事情”的理念，以及更為重要的探索文化，傳播到美國之外的地區。

“在亞洲，除中國之外，其實有不少機器人強國?！绷_伯特告訴記者，“日本和韓國的機器人，在很多國際機器人展會和比賽中，都有非常出色的成績。我衷心希望2013年的亞太賽區賽事上能出現這些國家的代表隊的身影，讓我看到更多高水平的無人機能一展身手?！?/p>

“赴湯蹈火”的人類伴侶

提到“機器人”，出現在您頭腦中的第一印象是什么？是《星球大戰》里漫山遍野的機械士兵，還是負責清理地球垃圾的可愛的“瓦力”？事實上，這些形象都離我們的生活太過遙遠；相比之下，“國際空中機器人大賽”則把機器人中很獨特的一個“類群”，很可能即將走入我們生活的小型無人機，“提前”送到了我們眼前，并使我們有可能“預覽”它們的本領和“特質”。

那么，這項賽事究竟是要選拔出怎樣的一種“空中機器人”？答案是隨時準備為人類赴湯蹈火的伴侶。從這項賽事的任務設計中，我們已經能看到這種趨勢。根據賽事組織者的設計，一架架無人機被送進有致命的核輻射、病毒，或者烈火熊熊的“災難現場”，以它們沒有生命的身軀，送回珍貴的情報，為人類搶險救災贏得充足的決斷時間。

我們當然不能忽視那些用于軍事，甚至隨時準備殺戮的無人機，但它們不該成為機器人技術發展的主流，正如戰爭不該成為人類解決全部問題的唯一手段一般。