為了讓自動(dòng)駕駛汽車成為日?，F(xiàn)實(shí)，它們需要安全、完美地在彼此之間導(dǎo)航，而不會(huì)撞車或造成不必要的交通堵塞。
為了幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，美國西北大學(xué)的研究人員開發(fā)了第一個(gè)分散算法，該算法保證無碰撞、無擁堵。
研究人員在實(shí)驗(yàn)室模擬1024個(gè)機(jī)器人和100個(gè)真實(shí)機(jī)器人群體中測試了該算法。在不到一分鐘的時(shí)間里，這些機(jī)器人可靠、安全、高效地會(huì)聚在一起，形成一個(gè)預(yù)先確定的形狀。
“如果路上有很多自動(dòng)駕駛汽車，你肯定不希望它們相撞或陷入僵局。”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的西北大學(xué)的邁克爾·魯賓斯坦說，“通過了解如何控制我們的機(jī)器人排列隊(duì)形，我們可以了解如何控制自動(dòng)駕駛車隊(duì)，因?yàn)樗鼈冎g的相互作用。”
這篇論文將于本月晚些時(shí)候發(fā)表在《IEEE機(jī)器人學(xué)報(bào)》上。魯賓斯坦是西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)的教授。
一群小型機(jī)器人與一個(gè)大型機(jī)器人或一個(gè)領(lǐng)頭機(jī)器人相比的優(yōu)勢是缺乏集中控制，這可能很快成為故障的中心。魯賓斯坦的分散算法可起到故障保護(hù)作用。
“如果系統(tǒng)是集中的，機(jī)器人停止工作，那么整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)失靈。”魯賓斯坦說，“在一個(gè)分散的系統(tǒng)中，沒有領(lǐng)導(dǎo)者告訴所有其他機(jī)器人該做什么。每個(gè)機(jī)器人都有自己的決定。如果一個(gè)機(jī)器人在一個(gè)群體中失敗了，這個(gè)群體仍然可以完成任務(wù)。”
盡管如此，為了避免碰撞和鎖死，機(jī)器人需要進(jìn)行協(xié)調(diào)。為此，算法將機(jī)器人下方的地面視為一個(gè)網(wǎng)格。通過使用類似GPS的技術(shù)，每個(gè)機(jī)器人都知道自己在網(wǎng)格中的位置。
在決定移動(dòng)到哪里之前，每個(gè)機(jī)器人都使用傳感器與它相鄰的機(jī)器人進(jìn)行通信，確定網(wǎng)格中附近空間是空閑的還是被占用的。
“機(jī)器人拒絕移動(dòng)到一個(gè)地方，直到那個(gè)地方是空閑的，直到它們知道沒有其他機(jī)器人移動(dòng)到同一個(gè)地方。”魯賓斯坦說，“它們很小心，會(huì)提前預(yù)留位置。”
即使有這些精心的協(xié)調(diào)，機(jī)器人仍然能夠溝通，并迅速移動(dòng)形成一個(gè)隊(duì)形。魯賓斯坦通過保持機(jī)器人附近的視野來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
“每個(gè)機(jī)器人只能感知三四個(gè)最近的機(jī)器人。”魯賓斯坦解釋說，“它們無法看到整個(gè)群體，這使得擴(kuò)展系統(tǒng)更容易。這些機(jī)器人在沒有全局信息的情況下進(jìn)行局部決策。”
例如，在魯賓斯坦的群體中，100個(gè)機(jī)器人可以在一分鐘內(nèi)協(xié)調(diào)形成一個(gè)隊(duì)形。在以前的一些方法中，可能需要整整一個(gè)小時(shí)。魯賓斯坦設(shè)想，他的算法可以用于無人駕駛汽車車隊(duì)和自動(dòng)化倉庫。
“大公司的倉庫里有數(shù)百個(gè)機(jī)器人，它們所做的工作與我們的機(jī)器人在實(shí)驗(yàn)室里做的工作類似。”魯賓斯坦說，“這就需要確保機(jī)器人不會(huì)碰撞，但又要盡可能快地移動(dòng)到最終將物體交給人類的地方。”
