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(wàn)眾期待的無(wú)人駕駛飛機(jī)最終升空之前，美國(guó)領(lǐng)空已經(jīng)飽和。一個(gè)機(jī)場(chǎng)的延誤會(huì)在整個(gè)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(shí)間，飛行基礎(chǔ)設(shè)施都無(wú)法支持超過7,000架在美國(guó)上空飛行的飛機(jī)。然而，一旦制定法規(guī)和安全預(yù)防措施以允許無(wú)人駕駛無(wú)人機(jī)，該數(shù)字預(yù)計(jì)將激增至200萬(wàn)左右。

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

顯然，無(wú)人駕駛飛機(jī)不會(huì)使用機(jī)場(chǎng)跑道，但是它們會(huì)使飛行路線變得復(fù)雜，尤其是對(duì)于較小的，低空飛行的飛機(jī)。

他認(rèn)為可以幫助緩解該問題的一種解決方案是飛機(jī)相互交流并自主協(xié)調(diào)其行動(dòng)的能力。這個(gè)想法引起了他對(duì)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(wú)人機(jī)能夠協(xié)同分配任務(wù)和資源并計(jì)劃飛行路線，為實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)而共同努力，而無(wú)需借助操作員。

數(shù)十年來(lái)，飛機(jī)，尤其是航空公司，已朝著自主發(fā)展，因?yàn)樽詣?dòng)駕駛系統(tǒng)已接管了越來(lái)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(jī)器來(lái)幫助飛行員做出更好的決定。” “現(xiàn)在他們可以自動(dòng)著陸了。”

在無(wú)人機(jī)界以及聯(lián)邦航空管理局創(chuàng)建所謂的下一代航空運(yùn)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(jī)自身之間進(jìn)行自主合作的爭(zhēng)論。瓊斯認(rèn)為，任何自動(dòng)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(jī)上投放本地情報(bào)以做出本地決策。”

技術(shù)轉(zhuǎn)讓

Heron Systems副總裁布雷特·達(dá)西(Brett Darcey)表示：“肯尼有點(diǎn)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(xiàng)小型企業(yè)創(chuàng)新研究(SBIR)合同，每個(gè)合同均由Langley和Armstrong Flight Research Center資助。

自1997年成立以來(lái)，Heron Systems一直是國(guó)防承包商，主要為海軍提供測(cè)試和仿真產(chǎn)品及服務(wù)。但達(dá)西說，該公司想擴(kuò)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(shí)該公司的軟件工程師Ken Kroeger開始從事一項(xiàng)用于指揮和控制多架無(wú)人機(jī)的寵物項(xiàng)目。他具有多機(jī)器人協(xié)調(diào)的背景，最近開始與農(nóng)民和能源公司進(jìn)行一些無(wú)人機(jī)工作。

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

他從流行的開源機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)兼容。(Kroeger將結(jié)果描述為一個(gè)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(jī)進(jìn)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?yàn)樾⌒偷纳逃脽o(wú)人機(jī)無(wú)法承載太多的額外重量或犧牲很多功率，所以運(yùn)行MACE的硬件又小又簡(jiǎn)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(fèi)獲得，部分目的是建立用戶社區(qū)和未來(lái)蜂群技術(shù)的市場(chǎng)，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(gè)月后，該公司就已從NASA，國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)和國(guó)土安全部贏得了約75萬(wàn)美元的后續(xù)合同。馬里蘭大學(xué)正在使用MACE來(lái)幫助DARPA進(jìn)行工作，而弗吉尼亞理工大學(xué)正在尋求獲得它的機(jī)會(huì)。

“對(duì)于一個(gè)夏天來(lái)說，這還不錯(cuò)，”達(dá)西說。

在美國(guó)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(dòng)飛行法規(guī)，估計(jì)有200萬(wàn)架自動(dòng)駕駛無(wú)人機(jī)將加入該空間中的飛機(jī)。NASA希望像Heron Systems的MACE軟件和硬件這樣的技術(shù)將幫助飛機(jī)和無(wú)人機(jī)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(lái)源：NASA

他看到了軍事訓(xùn)練中的即時(shí)應(yīng)用，其中虛擬環(huán)境提供了比實(shí)時(shí)訓(xùn)練更便宜的替代方案。虛擬戰(zhàn)斗訓(xùn)練遇到的一個(gè)困難是，對(duì)模擬敵方戰(zhàn)斗機(jī)(無(wú)論是部隊(duì)，飛機(jī)還是船只)進(jìn)行編程，使其具有逼真的行為。MACE軟件將使虛擬戰(zhàn)斗機(jī)的功能更像一個(gè)實(shí)際的團(tuán)隊(duì)。他說：“當(dāng)我進(jìn)入國(guó)防公司和相關(guān)計(jì)劃并向他們介紹MACE時(shí)，我會(huì)引起很大的關(guān)注和關(guān)注。”

一旦無(wú)人機(jī)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(gè)明顯的應(yīng)用，達(dá)西說。這架小型飛機(jī)的電池壽命仍然很短，因此，與每20分鐘左右更換一架無(wú)人機(jī)上的電池相比，部署一個(gè)小組進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)更有意義。他說：“隨著市場(chǎng)的成熟以及我們可以合法經(jīng)營(yíng)大量產(chǎn)品，我們將能夠很好地應(yīng)對(duì)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(gè)“代理”將計(jì)算在給定任務(wù)上將花費(fèi)的資源，并且工作將以最便宜的方式進(jìn)行。投標(biāo)將繼續(xù)執(zhí)行新任務(wù)，直到所有無(wú)人機(jī)都忙為止。“這從操作員告訴所有人該怎么做開始，”達(dá)西說。“代理商決定誰(shuí)做什么。這就是目前機(jī)器人技術(shù)研究的前沿，我們渴望從最終用戶的角度進(jìn)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(shí)，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(huì)看到空中交通管制以外的用途。例如，幾年前，美國(guó)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(dòng)站只能覆蓋地球的一小部分。但是，如果將大量簡(jiǎn)單的傳感器無(wú)人機(jī)部署在地面上怎么辦?

他說：“當(dāng)使用一群人時(shí)，您可能會(huì)有80%的個(gè)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(dá)西(Darcey)表示，他希望能對(duì)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(shí)現(xiàn)的樣機(jī)。” “這筆錢足以創(chuàng)造新的東西并使之成熟到可行的程度。”

標(biāo)簽： 無(wú)人機(jī)團(tuán)隊(duì)