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没有赢家的无人机大赛

发布时间:2017-12-07 09:04:00 文章来源:未来智讯    
    创始于1990年的“国际空中机器人大赛”,是在美国佐治亚理工大学的罗伯特·米切尔森教授的倡导下,由国际无人系统协会(AUVSI)举办的全球性赛事,一直只在美国举办。今年,这项赛事首次设立亚太赛区,以方便亚洲和太平洋的大学生无人机团队参赛。比赛由中国航空学会主办,中国航空学会GNC分会和北航飞行器控制一体化重点实验室承办。
    找到一个位于“深山密林”中的防御工事,从窗户潜入,小心地避开警报器,找到一个放在房间里的储存机密文件的U盘,窃取它,再将一个完全一样的U盘放在那里来迷惑敌人,而后再次避开所有的警报器原路撤离。这样一次酷似谍战电影的“秘密潜入”行动,对于经过严格训练,而且身手敏捷的人类特工来说都不一定能完成;那么,比人类体积小巧,却缺少了智能的“机器人特工”,有没有可能实现这个目标呢?
    8月8日和9日,在北京航空航天大学的体育馆里,8支来自中国各地的大学生代表队,参加了2012年“国际空中机器人大赛(亚太赛区)”的角逐。他们的空中机器人(无人机)就要完成这项“秘密潜入”的任务,但这些“特工”能在10分钟内完成吗?
    4个旋翼背后的奥秘
    今年的2012国际空中机器人大赛亚太赛区赛事,由于卡塔尔和伊朗的参赛队未能完成无人机建造工作,只得退赛。本次实际上只有清华大学、北京航空航天大学、南京航空航天大学等8支中国的团队参加。在2天的赛程中,8支队伍共进行4轮角逐,依次挑战这项任务。
    记者在现场看到,这8支队伍的无人机无一例外地采用了4个旋翼的直升机式的结构,4个旋翼以90度平均分布。哈尔滨工程大学的一名参赛选手告诉记者,由于国际空中机器人大赛规定参赛的无人机不得超过1500克,而在同等质量下,这样的结构最容易控制,或者说最容易编写让无人机根据赛场情况运动的程序。
    而一位裁判人员也证实,这种4个旋翼布局的无人机,可以在网络上找到控制其飞行姿态的开放源代码程序,这些程序所有人都可以自由使用。在将开源程序导入控制芯片后,这种无人机只需要根据情况调整4个旋翼的转速,就能实现前进、后退、转弯、升降等动作,从而使选手有更多的精力去研究无人机在室内识别目标和拿起、放下物品的问题。
    相比之下,“单旋翼+尾桨”的传统直升机布局,或者其他一些已有的直升机布局,不仅很容易超重,而且在近似于楼道的赛场环境中很难灵活地转向。因此随着这项赛事的发展,“4旋翼”的布局很快成为主流。
    “秘密潜入”依靠高科技
    除了异于有人驾驶的普通直升机的布局,这些无人机身上搭载的数量丰富的传感器和电脑芯片,也是它们异于普通直升机,以及大部分应用于户外环境的无人机的特色。
    2012年“国际空中机器人大赛(亚太赛区)”组织委员会执行主任王英勋介绍说,根据规则,国际空中机器人大赛的参赛无人机不得使用GPS导航。这就意味着所有参赛无人机必须模拟人类进入陌生环境时所做的一切。我们知道,当人走进一座陌生建筑物的时候,他(她)会在走廊里走上一个来回,从而弄清每个房间的相对位置和用途。无人机不懂得房间之间相对位置的概念,它们只能运用传感器尽快扫描整个赛场,并在自己的芯片中建立起赛场的三维地图模型,同时计算出自己所处的位置和自己与每个房间的绝对距离。
    当然这绝不是一项简单任务,因为此时无人机本身也高速运动中,而且不能由选手来控制。它稍有不慎,就可能触动警报器撞到障碍物坠落而导致任务失败。
    在建立3D地图之外,每一架无人机身上还搭载了大量不同用途的传感器,比如用于测距的激光或超声波传感器和判断房间房门位置的视频传感器等。它们提供的数据,经过电脑芯片的分析,成为建立地图和指导无人机行动的依据。有了高科技的“眼睛”和“耳朵”,无人机就仿佛成了雄鹰与蝙蝠的“合体”,搜索一个个房间并找到需要的目标。
    由于整合了大量最前沿的科技成果,这样一套系统当然价格不菲。因此,这项赛事是一种颇为奢侈的游戏,而科学探索精神和对无人机事业的热爱,是支撑各国参赛学校走到最后的唯一动力,因为通过参赛得到的无人机设计经验,可以说是无价的知识财富。
    六代任务挑战全球智慧
    尽管整合了当代最先进的机电一体化方面的科技成果,但在2天的挑战中,8支参赛队伍还是全部以失败告终,有的无人机甚至没能飞进竞赛区就失控坠毁;“走得最远”的南京航空航天大学和清华大学代表队,也只是飞过了曲折的走廊,却没能到达房间区域。而在美国赛区,情况也同样不乐观,表现最佳的参赛队只是让无人机飞进竞赛区,探索了所有的房间,但最终没能找到U盘,只能空手而归。这或许可以归因于电脑和传感器技术目前的发展状态,还不能让无人机有足够的“反应速度”和“判断能力”。
    事实上,自1990年创立以来,“国际空中机器人大赛”的每一次任务(竞赛题目),都保持着让当时的机器人和无人机研发人员乍舌的超高难度,并以此吸引了来自全球各地顶尖理工科大学的大学生们前来挑战。
    王英勋说:“‘国际空中机器人大赛’每年设奖金10000美元,奖给完成任务且用时最短的参赛队。如果当年没有队伍完成任务,则下一年继续比赛,奖金也累积到下一年。而只要有一支参赛队完成任务,那么下一年比赛组织者就会设计新的任务,也就是让比赛进入‘下一代’。”
    “但如果在某一年里,有多支参赛队伍都完成了任务,那么只有用时最短的队伍能获得奖金,而其他完成任务的队伍则会获得1000美元的奖励,也就是退还他们缴纳的报名费。”赛事创始人,美国佐治亚理工大学的罗伯特·米切尔森教授说。
    自1990年创立至今,“国际空中机器人大赛”只经历了6代任务。第一代任务是让无人直升机(机器人)自主地将金属圆盘从赛场一端移动到另一端。在那个电脑技术远没有现在发达的年代,这样的任务被认为是“不可能完成的”。但在1995年,斯坦福大学就完成了这个任务,并取得了此前累积的全部奖金。
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