現(xiàn)在退休的蘭利研究中心科學(xué)家肯尼·瓊斯說，甚至在萬眾期待的無人駕駛飛機最終升空之前，美國領(lǐng)空已經(jīng)飽和。一個機場的延誤會在整個系統(tǒng)中產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，從而導(dǎo)致更多的延誤和連接丟失。在任何給定時間，飛行基礎(chǔ)設(shè)施都無法支持超過7,000架在美國上空飛行的飛機。然而，一旦制定法規(guī)和安全預(yù)防措施以允許無人駕駛無人機，該數(shù)字預(yù)計將激增至200萬左右。

瓊斯說：“我們將在一夜之間從數(shù)千增加到數(shù)百萬。” “這是一個很大的問題。”

顯然，無人駕駛飛機不會使用機場跑道，但是它們會使飛行路線變得復(fù)雜，尤其是對于較小的，低空飛行的飛機。

他認(rèn)為可以幫助緩解該問題的一種解決方案是飛機相互交流并自主協(xié)調(diào)其行動的能力。這個想法引起了他對位于馬里蘭州加利福尼亞的Heron Systems Inc.的提議的興趣，該提議希望開發(fā)軟件和硬件，以使無人機能夠協(xié)同分配任務(wù)和資源并計劃飛行路線，為實現(xiàn)共同目標(biāo)而共同努力，而無需借助操作員。

數(shù)十年來，飛機，尤其是航空公司，已朝著自主發(fā)展，因為自動駕駛系統(tǒng)已接管了越來越多的飛行員工作。瓊斯指出：“起初的目標(biāo)不是自主，而是擁有機器來幫助飛行員做出更好的決定。” “現(xiàn)在他們可以自動著陸了。”

在無人機界以及聯(lián)邦航空管理局創(chuàng)建所謂的下一代航空運輸系統(tǒng)的努力中，一直存在著關(guān)于是否應(yīng)由中央控制員協(xié)調(diào)自主合作還是在飛機自身之間進行自主合作的爭論。瓊斯認(rèn)為，任何自動化解決方案都將介于兩者之間，但他傾向于讓技術(shù)人員做出決定。

他贊賞Heron Systems似乎在考慮相同的思路，即使該公司并未特別考慮航空公司的飛行控制。他說：“ Heron快要結(jié)束了，您需要在飛機上投放本地情報以做出本地決策。”

技術(shù)轉(zhuǎn)讓

Heron Systems副總裁布雷特·達西(Brett Darcey)表示：“肯尼有點像偶像破壞者，”他指出瓊斯也影響了該公司的做法。瓊斯負(fù)責(zé)監(jiān)督NASA在2015年授予該公司的兩項小型企業(yè)創(chuàng)新研究(SBIR)合同，每個合同均由Langley和Armstrong Flight Research Center資助。

自1997年成立以來，Heron Systems一直是國防承包商，主要為海軍提供測試和仿真產(chǎn)品及服務(wù)。但達西說，該公司想擴展業(yè)務(wù)。如今，所謂的多代理協(xié)作合作(MACE)始于2013年左右，當(dāng)時該公司的軟件工程師Ken Kroeger開始從事一項用于指揮和控制多架無人機的寵物項目。他具有多機器人協(xié)調(diào)的背景，最近開始與農(nóng)民和能源公司進行一些無人機工作。

克羅格說：“第一個SBIR將它帶入了一個比我家后院的寵物項目更可實現(xiàn)的領(lǐng)域。”

他從流行的開源機器人操作系統(tǒng)(ROS)的工具和軟件模塊入手。這不僅提供了現(xiàn)成的構(gòu)建塊集，而且現(xiàn)在使MACE與其他基于ROS的機器人系統(tǒng)兼容。(Kroeger將結(jié)果描述為一個樂高玩具套裝。)Heron Systems改編了這些工具，并添加了自己的軟件模塊和硬件，以使多架飛機進行通信，相互跟蹤并交互式地規(guī)劃飛行路線并避免碰撞。

因為小型的商用無人機無法承載太多的額外重量或犧牲很多功率，所以運行MACE的硬件又小又簡單-“用烙鐵的工程師做不到的任何事，” Kroeger說。

基本軟件 可以在開放源代碼許可下免費獲得，部分目的是建立用戶社區(qū)和未來蜂群技術(shù)的市場，并獲得反饋，例如有關(guān)最終用戶想要使其適應(yīng)哪種應(yīng)用程序的反饋。

好處

到2018年末，僅在Heron Systems完成SBIR工作約五個月后，該公司就已從NASA，國防高級研究計劃局(DARPA)和國土安全部贏得了約75萬美元的后續(xù)合同。馬里蘭大學(xué)正在使用MACE來幫助DARPA進行工作，而弗吉尼亞理工大學(xué)正在尋求獲得它的機會。

“對于一個夏天來說，這還不錯，”達西說。

在美國領(lǐng)空，現(xiàn)有的飛行基礎(chǔ)設(shè)施每天僅能管理約7,000趟航班，一旦制定了自動飛行法規(guī)，估計有200萬架自動駕駛無人機將加入該空間中的飛機。NASA希望像Heron Systems的MACE軟件和硬件這樣的技術(shù)將幫助飛機和無人機協(xié)同工作，避免發(fā)生事故，并在最少的指導(dǎo)下確定飛行路線。圖片來源：NASA

他看到了軍事訓(xùn)練中的即時應(yīng)用，其中虛擬環(huán)境提供了比實時訓(xùn)練更便宜的替代方案。虛擬戰(zhàn)斗訓(xùn)練遇到的一個困難是，對模擬敵方戰(zhàn)斗機(無論是部隊，飛機還是船只)進行編程，使其具有逼真的行為。MACE軟件將使虛擬戰(zhàn)斗機的功能更像一個實際的團隊。他說：“當(dāng)我進入國防公司和相關(guān)計劃并向他們介紹MACE時，我會引起很大的關(guān)注和關(guān)注。”

一旦無人機自治法規(guī)到位，用于監(jiān)視農(nóng)作物和基礎(chǔ)設(shè)施的人群將成為一個明顯的應(yīng)用，達西說。這架小型飛機的電池壽命仍然很短，因此，與每20分鐘左右更換一架無人機上的電池相比，部署一個小組進行實地勘測更有意義。他說：“隨著市場的成熟以及我們可以合法經(jīng)營大量產(chǎn)品，我們將能夠很好地應(yīng)對規(guī)模至關(guān)重要的應(yīng)用。”

2018年，Langley向公司授予了另一筆SBIR合同，以創(chuàng)建可插入MACE并充當(dāng)分配任務(wù)的虛擬“拍賣人”的算法。群中的每個“代理”將計算在給定任務(wù)上將花費的資源，并且工作將以最便宜的方式進行。投標(biāo)將繼續(xù)執(zhí)行新任務(wù)，直到所有無人機都忙為止。“這從操作員告訴所有人該怎么做開始，”達西說。“代理商決定誰做什么。這就是目前機器人技術(shù)研究的前沿，我們渴望從最終用戶的角度進行探索。”

他說，這種能力是“真正的秘密調(diào)味料，它將使MACE具有商業(yè)可行性。” 他說，與此同時，該公司繼續(xù)在NASA內(nèi)尋找更多的應(yīng)用程序。

瓊斯說，他可能會看到空中交通管制以外的用途。例如，幾年前，美國宇航局的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了火星大氣中甲烷的大量存在。他們想確定其起源于地面，但這不能遠(yuǎn)程完成，流動站只能覆蓋地球的一小部分。但是，如果將大量簡單的傳感器無人機部署在地面上怎么辦?

他說：“當(dāng)使用一群人時，您可能會有80%的個人失敗，而仍然有100%的成功。” “群集具有內(nèi)置的冗余。但是您必須克服協(xié)調(diào)問題。”

達西(Darcey)表示，他希望能對該公司尚未找到的地方產(chǎn)生興趣。他說：“借助SBIR，我們可以制作出既雄心勃勃又可能實現(xiàn)的樣機。” “這筆錢足以創(chuàng)造新的東西并使之成熟到可行的程度。”

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