近日，麻省理工學院的機器人船隊已經更新了“變形”的新功能，通過自主斷開和重新組裝成各種配置，在阿姆斯特丹的許多運河中形成浮動結構。
自主駕駛船 - 配備傳感器，推進器，微控制器，GPS模塊，攝像機和其他硬件的矩形船體，作為麻省理工學院和阿姆斯特丹高級大都市解決方案研究所（AMS研究所）正在進行的“Roboat”項目的一部分。該項目由麻省理工學院教授Carlo Ratti，Daniela Rus，Dennis Frenchman和Andrew Whittle領導。在未來，阿姆斯特丹希望這艘渡船能夠巡航其165條蜿蜒的運河，運送貨物和人員，收集垃圾或自行裝配到“彈出式”平臺，以幫助緩解城市繁忙航道的擁堵。
2016年，麻省理工學院的研究人員測試了一種可以沿著運河中的預編程路徑向前，向后和橫向移動的船形原型。去年，研究人員設計了低成本，3D打印，四分之一規模版本的船，這些船更加高效靈活，并配備了先進的軌跡跟蹤算法。6月，他們創造了一種自主鎖定機制，讓船只相互瞄準并相互扣合，如果失敗則繼續嘗試。
在上周舉行的IEEE多機器人和多智能體系統國際研討會上發表的一篇新論文中，研究人員描述了一種算法，可以使直升機盡可能有效地平滑地重塑自己。該算法處理所有規劃和跟蹤，使得一組roboat單元能夠在一組配置中彼此解鎖，行進無碰撞路徑，并重新連接到新設置配置上的適當位置。
在MIT水池和計算機模擬中的演示中，鏈接的單元組將自己從直線或正方形重新排列成其他配置，例如矩形和“L”形狀。實驗性轉換只需要幾分鐘。更復雜的變形可能需要更長的時間，這取決于移動單元的數量 - 可能是幾十個 - 以及兩個形狀之間的差異。
“我們已經讓現在的船只與其他船只建立和斷開聯系，希望將阿姆斯特丹街頭的活動轉移到水面上，”計算機科學與人工智能實驗室（CSAIL）和安德魯的主任羅斯稱，“如果我們需要將材料或人員從運河的一側送到另一側，那么一組船可以組合在一起形成線性形狀作為彈出式平臺。或者，我們可以為花卉或食品市場創建更廣泛的平臺。”
無碰撞軌跡
對于他們的工作，研究人員不得不通過自主規劃，跟蹤和連接roboat組來應對挑戰。例如，賦予每個單元獨特的能力，如何相互定位，就如何分裂和變換達成一致，然后自由行動，需要復雜的通信和控制技術，這些技術可能會使運動變得低效和緩慢。
為了實現更順暢的操作，研究人員開發了兩種類型的單位：“協調員”和“工人”。一個或多個”工人”連接到一個協調員以形成單個實體，稱為“連接船舶平臺”（CVP）。所有“協調員”和“工人”單位都有四個螺旋槳，一個無線微控制器，以及幾個自主鎖定機制和傳感系統，使它們能夠連接在一起。
然而，協調員還配備了導航GPS和慣性測量單元（IMU），它可以計算定位，姿勢和速度。”工人”只有能夠幫助CVP沿著路徑轉向的執行器。每個”協調員”都知道并可以與所有連接的”工人”進行無線通信。結構包括多個CVP，并且各個CVP可以彼此鎖定以形成更大的實體。
在變形過程中，結構中所有連接的CVP都會比較其初始形狀和新形狀之間的幾何差異。然后，每個CVP確定它是否保持在同一位置以及是否需要移動。然后為每個移動的CVP分配一個時間來拆卸和新形狀的新位置。
每個CVP使用自定義軌跡規劃技術來計算在不中斷的情況下到達目標位置的方式，同時優化速度路線。為此，每個CVP預先計算移動CVP周圍的所有無碰撞區域，使其旋轉并遠離靜止CVP。
在預先計算了這些無碰撞區域之后，CVP然后找到到達其最終目的地的最短軌跡，這仍然使其不會撞擊固定單元。值得注意的是，優化技術用于使整個軌跡規劃過程非常有效，預計算只需要100毫秒就可以找到并改進安全路徑。然后，“協調員”使用來自GPS和IMU的數據估計其質量中心的姿態和速度，并無線控制每個單元的所有螺旋槳并移動到目標位置。
在他們的實驗中，研究人員在幾種不同的變形場景中測試了三個單元的CVP，包括一個”協調員”和兩個“工人”。每個場景都涉及一個CVP從初始形狀解鎖并移動并重新連接到第二個CVP周圍的目標點。
例如，三個CVP從連接的直線重新排列 - 它們在兩側鎖定在一起 - 成為前后連接的直線，以及“L”。在計算機模擬中，最多12個roboat單元例如，將矩形重新排列成正方形或從實心正方形重新排列成Z形。
放大
實驗是在四分之一大小的roboat上進行的，這些roboat的長度約為1米，寬度為半米。但研究人員認為，他們的軌跡規劃算法在控制全尺寸單位時可以很好地擴展，這些單位的長度約為4米，寬度為2米。
在大約一年的時間里，研究人員計劃在阿姆斯特丹市中心的NEMO科學博物館和正在開發的地區之間的60米長的運河中使用這些渡船形成一個動態的“橋”。這個名為RoundAround的項目將使用直升機在整個運河上連續航行，在碼頭上接送乘客，當他們發現路上的任何東西時停止或重新前進。目前，在水道周圍走動大約需要10分鐘，但該橋可以將時間縮短到大約兩分鐘。
“這將是世界上第一座由自主船隊組成的“橋”，”拉蒂說。“普通的橋梁將是非常昂貴的，因為你有船只通過，所以你需要建座非常高的橋梁。但現在我們可以連接運河的兩側通過使用自主船，使得它們成為漂浮在水面上的動態、反應靈敏的基礎設施。
為了實現這一目標，研究人員正在進一步完善Robaot，以確保它們能夠安全地運人，并且能夠適應各種天氣條件，例如大雨。他們還確保船可以有效地連接到運河的兩側，這可能在結構和設計上有很大差異。
