城市交通的關(guān)鍵問題是交通擁擠，如果你剛好就生活在像北京這樣的大城市，對(duì)此，你一定深有感受。交通堵塞以及其造成的時(shí)間浪費(fèi)、成本增加、事故增加、空氣和噪音污染的加重給人們的生活和工作帶來極大的影響。
當(dāng)急劇增加的車輛數(shù)量和各種人為因素使得交通變得更加擁擠時(shí)，未來，無人駕駛就成了我們解決交通堵塞的最佳途徑。而要想使無人駕駛成為現(xiàn)實(shí)，讓汽車之間安全無誤地相互導(dǎo)航而不會(huì)撞車或造成不必要的交通擁堵就變成了我們不得不面對(duì)的難題。
為了幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，西北大學(xué)(美國)的研究人員開發(fā)了第一種具有無沖突，無死鎖保證的分散算法。研究人員在模擬1,024個(gè)機(jī)器人以及在實(shí)驗(yàn)室中由100個(gè)真實(shí)機(jī)器人組成的群體中測試了該算法。機(jī)器人可以在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)可靠，安全，高效地收斂以形成預(yù)定形狀。
一百個(gè)小型機(jī)器人蜂擁而至，自組裝成“ NU”。
負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的西北航空的邁克爾·魯賓斯坦說：“通過了解如何控制群體機(jī)器人來形成形狀，我們可以了解如何控制自動(dòng)駕駛車隊(duì)之間的相互作用?！?/p>
分散式系統(tǒng)確保機(jī)器人集群正常工作
與一臺(tái)大型機(jī)器人或一臺(tái)帶引線機(jī)器人的小型機(jī)器人相比，小型機(jī)器人的優(yōu)勢在于缺乏集中控制，因?yàn)榧锌刂圃谶\(yùn)行中往往很快就會(huì)成為故障的中心。魯賓斯坦的分散算法可起到故障保護(hù)作用。
傳統(tǒng)上，機(jī)器人使用幾個(gè)不同的控制系統(tǒng)來完成任務(wù)。主控制器專注于讓機(jī)器人做一些事情，比如"去那里"。輔助控制器或安全控制器確保主控制器在執(zhí)行其操作時(shí)，機(jī)器人不會(huì)遇到任何內(nèi)容。大多數(shù)時(shí)候，安全控制器是被動(dòng)的，但如果它認(rèn)為存在碰撞的危險(xiǎn)，它可以覆蓋主控制器。當(dāng)安全控制器幾乎一直覆蓋主控制器時(shí)，問題就開始出現(xiàn)，這意味著機(jī)器人忙于"安全"，無法完成其主要目標(biāo)。
西北大學(xué)這一新算法卻能完美的解決這個(gè)問題。魯賓斯坦說：“如果系統(tǒng)是集中式的，并且機(jī)器人停止工作，那么整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)失效。”“在分散式系統(tǒng)中，沒有領(lǐng)導(dǎo)者告訴所有其他機(jī)器人該怎么做。每個(gè)機(jī)器人都做出自己的決定。即使一個(gè)機(jī)器人在一個(gè)集群中出現(xiàn)故障，該集群仍然可以完成任務(wù)?！?/p>
機(jī)器人近視，擴(kuò)展系統(tǒng)很容易
新的算法可以防止機(jī)器人碰撞和卡在交通擁堵中。總有一天，這種算法可以使無人駕駛車隊(duì)更加可靠，安全和高效。盡管如此，機(jī)器人仍需要協(xié)調(diào)以避免碰撞和死鎖。為此，該算法將機(jī)器人下方的地面視為網(wǎng)格。通過使用類似于GPS的技術(shù)，每個(gè)機(jī)器人都可以知道它在網(wǎng)格上的位置。
在決定移動(dòng)位置之前，每個(gè)機(jī)器人都使用傳感器與鄰居進(jìn)行通訊，以確定網(wǎng)格中附近的空間是否空置或有人居住。
魯賓斯坦說：“機(jī)器人會(huì)拒絕移動(dòng)到某個(gè)地點(diǎn)，直到該地點(diǎn)是免費(fèi)的，直到他們知道沒有其他機(jī)器人移動(dòng)到該地點(diǎn)為止?！薄八麄兒苄⌒模⑻崆盀楸舜祟A(yù)留了空間?！?/p>
魯賓斯坦通過保持機(jī)器人近視來使機(jī)器人快速到達(dá)指定位置。魯賓斯坦解釋說：“每個(gè)機(jī)器人只能感知到其近鄰中的三個(gè)或四個(gè)?！薄八麄兛床坏秸麄€(gè)群，這使得擴(kuò)展系統(tǒng)變得更加容易。機(jī)器人可以在本地交互，并且在沒有全局信息的情況下做出決策。”
應(yīng)用場景:無人駕駛與智能倉庫
在魯賓斯坦的蜂群中，一分鐘內(nèi)可以協(xié)調(diào)形成一個(gè)形狀。在以前的某些方法中，可能需要一個(gè)小時(shí)的時(shí)間。魯賓斯坦認(rèn)為，他的算法可用于無人駕駛汽車車隊(duì)和自動(dòng)倉庫中。
他說：“大型公司的倉庫中有數(shù)百臺(tái)機(jī)器人，它們的任務(wù)與我們的機(jī)器人在實(shí)驗(yàn)室中的相似?！薄八麄冃枰_保機(jī)器人不會(huì)碰撞，但必須盡快移動(dòng)，直到最終將物體交給人類。”
隨著越來越多的自動(dòng)駕駛汽車在道路上行駛，越來越多的無人機(jī)飛向天空，這樣的技術(shù)將變得越來越重要。關(guān)注安全固然重要，但如果它們不能可靠地完成安全目標(biāo)，機(jī)器人就不會(huì)非常有用，不管我們擁有多少。
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