無人自主飛行，AI助力無人機競速！
新聞來源：吉林龍航無人機科技服務有限公司
添加時間：2019-06-26 14:20:05
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無人機競速的終極愿景是使無人機在障礙物跑道上靈活地穿梭，與旨在重塑地面交通的無人駕駛汽車相比，它吸引的關注和投資要少得多。但是，美國軍方和國防工業(yè)部門正在把賭注押在自主無人機競速上，把它作為開發(fā)人工智能的下一個前沿領域，目的是使無人機在沒有人為干預的情況下、在狹小的空間內實現高速導航。
無人機自主的挑戰(zhàn)在于需要在瞬間做出六個自由度的決策，而不僅僅是汽車的兩個自由度。瑞士蘇黎世大學的機器人與感知團隊是一個研發(fā)自主競速無人機中人工智能技術的研究團隊。5月下旬，瑞士研究人員與其他8個團隊一起參加了由美國洛克希德·馬丁公司贊助的為期兩年的AlphaPilot開放式創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽。在擊敗其它自主無人機和一名職業(yè)無人機飛手后，獲勝者將獲得高達225萬美元的獎金。
室內
室外
該團隊教授Davide Scaramuzza說，“首先要指出的是，擁有一架能夠高速完成比賽甚至擊敗人類飛行員的自主無人機，并不意味著我們能夠擁有能夠在實際、復雜、非結構化、未知的環(huán)境中（例如災區(qū)、坍塌的建筑物、洞穴、隧道或狹窄的管道、森林、軍事場景等）進行自主導航的無人機。然而，為無人機開發(fā)魯棒且計算效率高的狀態(tài)估計、控制和規(guī)劃算法將是一個起點?！?/span>
洛克希德馬丁公司AlphaPilot項目經理Keith Lynn說，“從424名AlphaPilot項目申請者中脫穎而出的9支隊伍，將在2019年參加由無人機競速聯盟人工智能機器人賽道組織的4場比賽?！睘榱舜_保對每個團隊的人工智能技術進行公平的比較，每個AlphaPilot團隊將把自己的AI代碼上傳到相同的、專門設計的無人機上，該無人機的機載計算硬件以NVIDIA Xavier GPU為核心。
Lynn說，“洛克希德·馬丁公司正在為9個AlphaPilot團隊提供指導，以支持他們的人工智能技術開發(fā)和創(chuàng)新。公司將于7月在麻省理工學院主辦為期一周的開發(fā)者峰會，致力于研討和改進各AlphaPilot團隊的代碼?！彼赋?，每個團隊都將保留其AI代碼的知識產權。
創(chuàng)建和訓練依靠視覺導航在復雜環(huán)境中執(zhí)行高速飛行的人工智能技術不是一件容易的事情。一個很大的挑戰(zhàn)來自于如何使無人機快速加速、急轉彎、側向飛行、曲折飛行甚至后空翻。這意味著，在無人機飛行過程中，攝像機圖像可能突然出現傾斜，甚至顛倒。當無人機以高速飛行并且攝像機從多個方向采光時，可能發(fā)生運動模糊。無論是攝像機本身還是可視化軟件都很難補償環(huán)境中亮部和暗部之間的突然變化。
為了幫助人工智能，Scaramuzza團隊最近發(fā)布了一個無人機競速數據集，其中包括由一名專業(yè)飛手在室內和室外環(huán)境中操縱無人機得到的真實訓練數據。該團隊在2019年IEEE機器人與自動化國際會議上公布了這些數據，其中包括復雜的空中機動（如后空翻）、覆蓋數百米的飛行序列以及高達83公里/小時的飛行速度。
無人機競速數據集還包括由該組織一種特殊的仿生事件相機捕捉到的數據，這些攝像機可以在微秒級時間內檢測到每個像素的運動變化。相比之下，普通相機需要在毫秒級時間內來比較每個圖像幀中的運動變化。事件相機已經被證明能夠幫助無人機靈活地躲避該團隊實驗室研究人員扔向它們的足球。
該團隊在競速無人機數據集方面的工作部分得到了美國國防高級研究計劃局（DARPA）的資助，這筆資金來自該局的快速輕型自主性（FLA）計劃。該計劃旨在使小型自主無人機能夠在沒有GPS導航或不與人類飛行員通信的情況下高速穿越雜亂的環(huán)境。
這種快速無人機可以充當軍事偵察員，檢查危險的建筑物或巷子?？傆幸惶?，它們也能幫助搜救隊找到被困在半倒塌建筑物中或迷失在樹林中的人。Scaramuzza說，能夠高速飛行而不撞到物體，還能最大限度地利用有限的電池續(xù)航時間，將使無人機在各種任務中的效率更高。畢竟，大多數無人機的電池續(xù)航時間都是因為需要在飛行中懸停而耗盡的，而飛行得更快不會消耗太多的電池續(xù)航時間。
即使人工智能成功地征服了無人機的障礙賽道，那也將是這項技術發(fā)展的開始。還需要什么？Scaramuzza特別指出，需要處理煙霧、灰塵、霧、雨、雪、火、冰雹等低能見度條件，這是復雜現實環(huán)境中基于視覺的算法和人工智能面臨的一些最大挑戰(zhàn)。
Scaramuzza說，“我認為，如果我們希望將來能夠利用自主機器人輔助救援人員在地震或自然災害后拯救生命，我們就應該開發(fā)和發(fā)布包含煙霧、灰塵、霧、雨、火等條件的數據集。”
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