資料來源：De Petris等人

世界各地的機(jī)器人專家最近一直在開發(fā)各種復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)，目的是在不同的環(huán)境中操作和完成任務(wù)。其中一些系統(tǒng)在會(huì)議、活動(dòng)或競賽中被展示。

其中一個(gè)比賽是DARPA地下（SubT）挑戰(zhàn)賽，它提供了350萬美元的獎(jiǎng)金，由美國國防部高級研究計(jì)劃局（DARPA）資助，獎(jiǎng)勵(lì)那些能夠最有效地在地下環(huán)境中導(dǎo)航的機(jī)器人原型。參加比賽的團(tuán)隊(duì)包括麻省理工學(xué)院、CMU、加州理工學(xué)院和KAIST等領(lǐng)先教育機(jī)構(gòu)的機(jī)器人專家，以及NASA-JPL或CSIRO等知名研究機(jī)構(gòu)。獲勝團(tuán)隊(duì)CERBERUS包括來自學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的成員，他們在NTNU、UNR、ETH Zurich、UC Berkley、牛津和Flyability工作。

在DARPA競賽中，NTNU和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)有袋鼠的機(jī)器人系統(tǒng)，在有袋鼠的配置中實(shí)現(xiàn)了腿部和空中機(jī)器人的協(xié)作探索和繪圖能力。這個(gè)系統(tǒng)在一篇預(yù)先發(fā)表在arXiv上并將出現(xiàn)在同行評審期刊上的論文中進(jìn)行了介紹，旨在有效地導(dǎo)航和探索未知的地下環(huán)境。

進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一Paolo De Petris告訴TechXplore："我們的研究建立在我們的實(shí)驗(yàn)室（ARL-自主機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室）和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院RSL-機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的同事之間非常密切的合作之上，現(xiàn)在位于挪威的NTNU（之前在內(nèi)華達(dá)州的雷諾），我們的主要目標(biāo)是滿足我們在比賽開始時(shí)作出的承諾，即從一個(gè)行走的機(jī)器人中部署一個(gè)飛行的機(jī)器人。"

在DARPA競賽期間，由于與COVID-19大流行病和限制旅行有關(guān)的問題，De Petris和他的同事們無法實(shí)時(shí)展示基于飛行和行走機(jī)器人之間協(xié)作的系統(tǒng)的運(yùn)行。盡管如此，他們繼續(xù)研究他們的系統(tǒng)，并在一組真實(shí)世界的環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。

"De Petris解釋說："我們的想法來自一個(gè)非常簡單的概念：行走和飛行機(jī)器人的互補(bǔ)性，我們相信，在地下、感知退化的環(huán)境中，像ANYmal這樣的行走機(jī)器人（它具有令人敬畏的長操作時(shí)間、高有效載荷能力、與地面站的通信擴(kuò)展能力等，但僅限于地面操作）和像RMF-Owl這樣的飛行機(jī)器人之間的協(xié)作，總體上導(dǎo)致了一個(gè)非常有效和邏輯的探索任務(wù)。"

該團(tuán)隊(duì)設(shè)想他們的系統(tǒng)被部署是為了在未知的地下環(huán)境中完成任務(wù)。在這種情況下，ANYmal腿部機(jī)器人將被送到未知環(huán)境中，背上有RMF-Owl飛行機(jī)器人。

在對環(huán)境進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)，ANYmal機(jī)器人可以創(chuàng)建一個(gè)未知空間的地圖。然而，當(dāng)它這樣做的時(shí)候，它也可以在其周圍的環(huán)境中確定潛在的區(qū)域，在那里可以部署RMF-Owl飛行機(jī)器人。

資料來源：De Petris等人

De Petris說："這些區(qū)域可能太高，ANYmal無法到達(dá)，或者由于隧道的一個(gè)塌陷部分而受到阻礙，等等。當(dāng)ANYmal決定沒有更多的空間可以探索時(shí)，或者僅僅通過操作者的命令，如果通信允許的話，它將把自己放在這些確定的區(qū)域之一的邊界，將最新的地圖發(fā)送給RMF-Owl，并命令飛行機(jī)器人探索新的部分，更新并擴(kuò)大共享地圖。"

最終，按照該團(tuán)隊(duì)對其系統(tǒng)的設(shè)想，RMF-Owl機(jī)器人可以探索腿部的ANYmal機(jī)器人無法進(jìn)入的區(qū)域。一旦它完成了它的探索子任務(wù)，它將返回到它起飛的地方并安全地降落在地面上。

到目前為止，該團(tuán)隊(duì)只是開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)的原型。然而，在未來，他們計(jì)劃進(jìn)一步開發(fā)它，以包括更多的功能，特別是加強(qiáng)其有袋動(dòng)物的部署功能。

De Petris說："最終，RMF-Owl當(dāng)然應(yīng)該降落在ANYmal的背上，有一個(gè)充電系統(tǒng)，可以在不飛行時(shí)填充電池，還有許多我們沒有時(shí)間實(shí)現(xiàn)的令人敬畏的工程特殊性。"

到目前為止，該團(tuán)隊(duì)在一系列的測試中評估了他們的系統(tǒng)，并發(fā)現(xiàn)它取得了顯著的成果。具體來說，他們觀察到行走和飛行機(jī)器人之間的良好協(xié)作，這使得他們能夠更廣泛地探索未知環(huán)境。

在未來，他們的系統(tǒng)可以在一系列的真實(shí)世界環(huán)境中實(shí)施。例如，它可以被部署在坍塌的礦井、有狹窄通道的場所、洞穴，甚至是有復(fù)雜檢查要求的大型工業(yè)設(shè)施中。在所有這些情況下，該團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更精確和徹底的探索或檢查。

"我個(gè)人對耐碰撞的飛行機(jī)器人很感興趣，你可能已經(jīng)從RMF-Owl中注意到了，但問題是：現(xiàn)在我們可以接受一些碰撞，我們?nèi)绾斡眠@種能力增強(qiáng)自主探索？" De Petris補(bǔ)充說。"一個(gè)非常有趣的問題與路徑規(guī)劃有關(guān)：如果機(jī)器人不能很好地適應(yīng)，傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃算法將永遠(yuǎn)無法在一個(gè)小縫隙中找到路徑。"

在隨后即將發(fā)表的一篇論文中，De Petris和他的同事們探索了增強(qiáng)他們系統(tǒng)的耐碰撞探索能力的策略。由于RMF-Owl機(jī)器人具有部分抗碰撞能力，他們的機(jī)器人系統(tǒng)仍然可以設(shè)法完成任務(wù)，即使機(jī)器人部分地與一些物體發(fā)生碰撞。

De Petris補(bǔ)充說："我的另一個(gè)個(gè)人目標(biāo)是走小規(guī)模路線：很多人看到這些巨大的碳纖維15英寸葉片拍打時(shí)仍然很害怕，從研究的角度來看，大的無人機(jī)并不適合在狹小的空間里使用。例如，我們有一個(gè)正在進(jìn)行的壓載水箱檢查項(xiàng)目，那里的窨井是0.6x0.4米（RMF-Owl幾乎不適合）。"