DARPA探索無人車/無人機聯合機隊協同能力

格拉漢姆·瓦里克/Graham Warwick

現在，DARPA想把機器人技術帶到地下，挑戰為戰斗中的敵人或自然災害的受害者自動搜索隧道系統和洞穴網絡。首先測試無人車，其次測試災難響應機器人。學術界和工業界中的九個團隊分別獲得高達450萬美元的合同，開發快速繪制地圖、導航和搜索地下環境的新方法，以爭奪地下挑戰賽中的275萬美元獎金。七個受資助的團隊將在現實環境中演示物理系統，兩個團隊將使用仿真模型來測試軟件先進性。DARPA也在尋求沒有得到資助的潛在研發團隊，研發系統參與此次競賽。

此前，DARPA舉辦的有獎競賽包括促進了無人駕駛汽車發展的挑戰賽，和驗證了半自主腿式機器人災難響應方案的機器人挑戰賽。

DARPA項目經理蒂莫·西中介紹說，地下桃戰賽的目標是開發技術，使作戰人員和應急人員能夠搜索隧道系統、地下結構和洞穴網絡等危及生命的危險、黑暗、深邃的環境。這需要擁有自主性、感知能力、網絡化和移動性的先進無人系統。

另一項技術挑戰是無人機的續航能力，與現在典型小型電動無人機的15-20min續航能力相比，要求高空滯空能力達到2～3h。無人車還必須在深入地下時與地面保持相互通信。

從2019年秋季開始，DARPA將進行一系列日益艱巨的挑戰項目，每個挑戰項目在人造隧道、多層地下結構和天然洞穴中進行。隨后是2021年秋季的最后一次挑戰將在所有三種地下環境中進行。機器人團隊必須繪制環境圖，尋找幸存者或化學品泄漏的發熱目標。在人造隧道環境下贏得比賽的系統研發團隊將獲得200萬美元。

在第一次挑戰中，參賽團隊將派遣無人機沿幾英里長的細長隧道進行模擬搜索和救援行動。根據科羅拉多大學（CU）博爾德和丹佛分校的研究小組設想，六個月后，參賽團隊將進行紐約地鐵系統的隧道等大型隧道下的挑戰賽。在洞穴環境下的比賽項目可能增加包括巖石、泥漿和塌陷等自然災害的可能場景。

卡內基梅隆大學（CMU）研究小組組長塞巴斯蒂安·謝勒（Sebastian Scherer）說：“成功完成這些任務需要多個無人系統，包括無人機和無人車。”卡內基梅隆大學將開發可快速組裝和重新配置以適應不同環境的模塊化機器人，在需要時用履帶或腿代替車輪。CMU團隊由波音和近地自主研究機構的感知專家提供支持。

科羅拉多大學博爾德分校教授克里斯蒂夫·哈克曼說，“洞穴、礦井和地鐵隧道都是迷宮般的，在這樣的環境下視覺是多余的。這些環境將要求自主系統采取一種完全不同的方法，這將在其他領域同樣適用。”

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織技術部門組成的Data61等其他參賽團隊，計劃使用帶有激光雷達掃描器的有腿機器人和在沒有GPS的情況下能夠導航的無人機，創建地下環境的3D地圖。去年，在澳大利亞某礦井下，Data61的GPS拒止自主技術搭載第一架超視距無人機成功地得到了應用。

無人車開發商奮進機器人公司（Endeavor Robotics），以前是iRobot公司的防務事業部，與研發越野自主系統的內雅系統公司（Neya Systems）、研發雙腿機器人的幽靈機器人公司（Ghost Robotics）和研發自組織網絡的持久系統公司（Persistent Systems ）組成聯合參賽團隊。另一個參賽團隊由美國宇航局的噴氣推進實驗室牽頭。

內華達大學雷諾分校正在牽頭領導一個參賽團隊，由內華達大學雷諾分校、塞拉納納瓦達公司（Sierra Navada Corp.）、蘇黎世聯邦理工大學（ETH Zurich）和飛行能力公司（Flyability）以及瑞士防撞無人機制造商組成，計劃使用配備有多模態感知系統和自組織網絡通信的協作行走和飛行的機器人參加比賽。

賓夕法尼亞大學也牽頭領導著一個參賽團隊，組員還包括埃克森技術公司（Exyn Technologies）和一個在GPS拒止環境中自主飛行的軟件開發商。