自律飛行ロボットが浙江大学から集団で飛び立ち、サイエンス誌の表紙に登場

最近、浙江省安吉市の竹林で、一群の超小型知能ドローンが集団で派遣され、ジャングルの中を楽々と移動した。

見てください、軍事演習のように見えますが、森の中を飛んでいる鳥のようにも見えます。

これらのロボット編隊は、時にはジャングルの中を軽やかに飛び、時にはガチョウが飛んだり蝶が舞ったりするように、交差したり編隊を変えたりします。

実は、これは浙江大学制御科学工学学院と浙江大学湖州研究所が完成させた研究で、今年5月に科学誌「サイエンス」のサブジャーナル「サイエンス・ロボティクス」に掲載された。

論文アドレス: https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abm5954

ジャングルを抜けて

ドローンはどのようにして最適なルートを自律的に見つけるのでしょうか?

深い森の中はドローンにとって混沌とした環境です。

このような環境では、グループでの「グループナビゲーション」はおろか、単一のドローンがルートを見つけることさえ困難です。

現在、我が国が独自に開発したプランナーは、ドローンに「スマートブレイン」を搭載したのと同じで、ルートを正確に計画できるだけでなく、障害物を巧みに軽やかに回避することもできます。

なぜなら、未知で複雑な環境における集団での自律飛行は、AI とロボットの飛行にとって大きな技術的ボトルネックであると常に考えられてきたからです。

しかし、浙江大学のチームは2年以上の研究でこの問題の解決に尽力し、その核心はインテリジェントなナビゲーションと迅速な障害物回避でした。

俊敏な体でジャングルを飛び回る姿は、まるで中国の武侠映画のワンシーンのようではないか。

残念なことに、人間の力がまだ強すぎて、竹林を破壊し、生態系にダメージを与えることは避けられません。

では、私たちが開発したマイクロドローンはどうでしょうか? 重さはコーラのボトルよりも軽いのです!

つまり、これらのスマートなマイクロドローンの群れは次のように飛行できます。

次のように飛ぶこともできます:

では、これらのドローンの群れはどのようにしてインテリジェントな飛行を実現するのでしょうか?

諺にあるように、すべての道はローマに通じます。ドローンは障害物を回避して飛行できるので、障害物は怖くありません。

上の写真の中央の曲線は、ドローンが障害物をうまく回避した後に計画した飛行ルートです。

実際、自然界には無数の障害物が存在するため、ドローンはこれらの障害物回避タスクを一つずつ完了する必要があります。

これらの障害物を識別した後、ドローンは正確にルートを計画できます。

たとえ前方の道が長く、困難に満ちていたとしても、ドローンは自律的にルートを計画できるほど賢い。

研究チーム

論文の第一著者は浙江大学制御科学工学学院博士課程の周欣氏であり、責任著者は同学院の徐超教授と高飛准研究員である。

「空を見上げると、V字型のガチョウや整然としたハトの群れなど、自然界の鳥の群れがどのようにしてその隊列を維持しているのかいつも不思議に思う」と徐超教授は語った。

ロボットが鳥のように群れをなして自由に飛び、自然の法則に従うことを可能にすることが、研究チームが追求してきた研究目標です。

「我々は航空ロボット用のインテリジェントな頭脳を構築した」と徐超教授は語った。

研究の鍵は複雑なものを単純化することです。徐超教授は、「物理世界の運動情報を一連の数学的問題として表現することは、複雑な問題の背後に隠された特殊な数学的構造を明らかにするのに役立つ」と考えています。

次に、オンボードのコンピューティング リソースを使用して、問題を完全に解決します。

プロセッサは親指ほどの大きさですが、飛行中に遭遇する膨大な量の情報を独自に計算し、処理することができます。

飛行ロボット1台は手のひらサイズで、重さはコカコーラのボトル1本分未満です。浙江大学のチームは共同の努力を通じて、小型、軽量、自律的、制御可能で、群れをなして飛行できる飛行システムを開発しました。

「私たちはロボットが世界を理解し、障害物を積極的に回避し、集団飛行を実現できるようにしました」と准研究員のガオ・フェイ氏は語った。

これらのドローンは、搭載された視覚とコンピューティング リソースのみを使用して、野生の森林の複雑な環境における周囲の障害物を認識できます。

さらに、これらのドローンは自身の位置を特定し、飛行経路を生成することもできるため、マルチエージェント通信など、いくつかの重要な技術的進歩を達成しています。

徐超教授はまた、この研究が知能、ネットワーク、自律性など多くの技術で画期的な進歩をもたらし、この成果が産業用ロボットや産業の高度化にもプラスの影響を与えるだろうと考えている。

「掃除ロボットやサービスロボットなど、私たちの技術を活用できる場面は生活の中にたくさんあります。私たちが開発した『スマートブレイン』を搭載すれば、ロボットはもっと賢くなります。」 「ガオ・フェイ准研究員は言う。

将来の応用について語る際、高飛氏は、火災などの捜索救助のシナリオでは、小型クラスターロボットが捜索救助の目標をよりよく達成し、捜索救助要員のリスクを軽減できると考えています。また、地形探査では、人が到達できないエリアを迅速にモデル化することもできます。​