在湖州安吉的一片竹林中，由浙江大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院、湖州研究院團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一群微型智能空中機(jī)器人，正自如穿梭其間——它們時(shí)而靈巧地掠過低矮灌木叢，時(shí)而交叉飛行變換隊(duì)形，就像是林中小鳥翩翩起舞相互追逐。

在未知復(fù)雜環(huán)境中的成群結(jié)隊(duì)飛行，一直被看作是機(jī)器人與人工智能領(lǐng)域的一大技術(shù)瓶頸。在兩年多的研究中，科研團(tuán)隊(duì)解決了未知復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器人單機(jī)與群體的智能導(dǎo)航與快速避障方法等一系列核心技術(shù)，將只能在電影里面看到的場(chǎng)面帶到現(xiàn)實(shí)世界。

這項(xiàng)成果于北京時(shí)間5月5日刊登在機(jī)器人領(lǐng)域權(quán)威期刊《科學(xué)·機(jī)器人》（Science Robotics），并被選為期刊5月封面論文。論文第一作者為浙江大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生周鑫，通訊作者為該院高飛博士和許超教授。

“麻雀雖小”

但能自主思考

大規(guī)模的機(jī)器人空中編隊(duì)表演早已屢見不鮮，通過前期的衛(wèi)星定位和軌跡編碼，能夠?qū)崿F(xiàn)千變?nèi)f化的造型。然而一旦失去地面計(jì)算機(jī)的控制，這些機(jī)器人群體就會(huì)群龍無首甚至撞到障礙物跌落下來。

“人字形的大雁、井然有序的鴿群，當(dāng)我們仰望天空，自然界中飛鳥的集群總讓我們思考它們是如何保持隊(duì)形的。”許超說，讓機(jī)器人像鳥兒一樣能夠成群自由地飛翔，道法自然，這是我們及國際同行們苦苦追尋的最高境界。

通過集體的協(xié)同努力，浙大團(tuán)隊(duì)研發(fā)出小巧輕便、自主可控又能成群結(jié)隊(duì)的飛行系統(tǒng)。單個(gè)空中機(jī)器人只有手掌大小，比一聽可樂的重量還要輕。

浙大研發(fā)的這款新型機(jī)器人在僅使用機(jī)載視覺、機(jī)載計(jì)算資源的情況下，實(shí)現(xiàn)了在野外樹林復(fù)雜環(huán)境下感知周圍障礙物、定位自身位置及生成飛行路徑、以及多智能體通訊等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破?！拔覀冏寵C(jī)器人看得懂世界，主動(dòng)避開障礙物，實(shí)現(xiàn)群體飛行?！备唢w說。

“我們還為空中機(jī)器人打造了一個(gè)智慧大腦?！痹S超說，盡管處理器只有拇指大小，但是它能夠獨(dú)立計(jì)算處理飛行過程中遇到的海量信息。“把物理世界的運(yùn)動(dòng)信息表征成一系列的數(shù)學(xué)問題，關(guān)鍵是要識(shí)破復(fù)雜問題背后隱秘的特殊數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，化繁為簡(jiǎn)，利用捉襟見肘的機(jī)載計(jì)算資源完美破題?！?/span>

登高跑遠(yuǎn)

能達(dá)無人之境

許超介紹，從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到硬件調(diào)試，從算法研發(fā)到代碼編寫，從實(shí)驗(yàn)測(cè)試到系統(tǒng)優(yōu)化，都完全由浙大團(tuán)隊(duì)師生完成，“在國際上能夠獨(dú)立完成全流程工作的團(tuán)隊(duì)，也是屈指可數(shù)?！?/p>

在研發(fā)過程中，團(tuán)隊(duì)在智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自主化等多方面技術(shù)發(fā)展中取得了突破，這項(xiàng)成果也將對(duì)工業(yè)界的機(jī)器換人和產(chǎn)業(yè)升級(jí)產(chǎn)生積極作用。

談及未來應(yīng)用，高飛認(rèn)為，在火災(zāi)等搜救場(chǎng)景中，小型集群機(jī)器人能夠更好實(shí)現(xiàn)搜救目標(biāo)，減少搜救人員風(fēng)險(xiǎn)；在地形勘探中，也可以快速對(duì)人員無法到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行建模?！吧钪杏泻芏鄨?chǎng)景都能用到我們這項(xiàng)技術(shù)，比如掃地或服務(wù)機(jī)器人，如果裝上了我們研發(fā)的‘智慧大腦’，就會(huì)更加聰明?！?/p>

（文 柯溢能 吳雅蘭/圖片由受訪團(tuán)隊(duì)提供）