DARPA 想要能够侦察威胁或失踪人员的洞穴机器人

该项目名为“地下挑战赛”。
Stars seen from a cave.
从洞穴中看到的星空。Tom Gainor / Unsplash

洞穴是进行战争的糟糕场所。声音的传播方式非常奇特。即使有光,也必须是人为带入洞穴的。厚实的石墙和不规则的表面使得人们步行困难,无线电信号也难以穿透空气传播。自2018年以来,五角大楼的先进未来项目部门DARPA一直在支持一项竞赛,旨在训练机器人在人类的最小辅助下进行地下导航。

这项挑战赛被称为“地下挑战赛”,在各种场合(从标签到分发给媒体的涂鸦风格贴纸)上都被简称为“SubT”。该竞赛承诺为能够制造出最有用的自主机器来导航、绘制地图和搜索地下环境以寻找特定物体的团队提供总计500万美元的奖金。竞赛将在DARPA设计者精心打造的物理竞赛场地中进行。

还将有一个并行的虚拟竞赛,团队将编写人工智能代码,让机器人在模拟环境中导航。对于虚拟竞赛,团队将从一组预设的机器中进行选择,然后编写导航软件来操控该机器。为了测试代码,团队可以进行试运行,然后在比赛当天,虚拟挑战者将把他们的人工智能加载到一个他们从未遇到过的环境中。

在地下复杂环境,如隧道、洞穴或建造的城市环境中,自主性至关重要。虽然在开阔场地、空中飞行或海面等所有环境中自主性都很有用,但在人类操作员无法可靠地发送和接收信号的地方,自主性尤为关键。这对于水下机器人来说是真实的,对于地下机器人来说尤其如此。

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今年1月,DARPA宣布了“地下挑战赛”决赛的地点和日期。实体比赛将于9月在肯塔基州的Louisville Mega Cavern举行。这个挖掘出来的洞穴是一个前矿场,后来被改建成了一个工业园区,同时也是一个家庭游乐园。在之前的比赛中,这些机器人曾寻找过播放视频的手机、背包,或穿着建筑制服、带有特殊热包(以便红外摄像机能够看到)的假人,所有这些都是在极少量的能够传达进洞穴的人类协助下完成的。

虽然DARPA的所有资金都有军事应用,但“SubT挑战赛”更直接的目标之一是探索未来的搜索和救援。这可能是在洞穴中,也可能是在更熟悉、已建成的地下环境中,比如摩天大楼的地下室、倒塌的停车场,甚至地铁隧道。

一个能够自主导航到被困人员、将发现信息传回给人类并安全返回地面的机器人,将对消防员或其他救援人员来说是宝贵的援助。

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它还可以帮助美国军队在一个已知最不适宜生存的战场上作战。

A drone and a robot in a cave.
能够成功导航洞穴的机器人可以协助搜救任务,或具有军事应用。DARPA

洞穴的难以穿越性使其成为宝贵的藏身之处。随着时间和熟悉度,人类可以学会如何导航一个洞穴群,并将其变成从半永久住所到军事行动基地的各种场所。对于新到的军事力量来说,在洞穴中作战有两种基本方法:将其视为障碍绕行,或者从事危险的徒步探索工作,而里面可能潜伏着一个眼睛已适应光线、比任何入侵者都更了解地形的敌人。

在20世纪60年代,陆军的条令更倾向于对洞穴采取“先爆破”的方法。到了20世纪80年代,这一策略转变为偏向谨慎的武装探索,这很可能借鉴了美军在越南实际洞穴作战的经验。引入能够先于人类进入洞穴的机器人,意味着风险转移。这也意味着将先进的传感器部署在任何侦察部队的最前沿,只要它能将看到的东西传输给人员,就非常有用。

洞穴中的机器人仍然可能被伏击和损坏,但对于进入洞穴的人来说,先派机器人进去,然后让人类跟在后面,会安全得多。在2020年3月,在伊拉克一处洞穴中阵亡的美国士兵遗体,不得不由一支特种部队打捞,他们使用起重机回收了遗体。

在2020年2月的城市挑战赛(DARPA“地下挑战赛”的第二阶段),在华盛顿州埃尔马市附近一个从未完工的核反应堆综合设施举行,参赛队伍使用了各种各样的机器人。其中包括波士顿动力公司制造的Spot四足机器人。参赛者们展示了从定制的无人飞艇到背负着四旋翼无人机的重型履带式漫游车等各种设备。为了更好地将无线电控制距离延伸到综合设施内部,一些团队让机器人能够沿途放置移动中继器,通过一个临时的中继器网络来扩展信号。

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与其他之前的DARPA挑战赛一样,“地下挑战赛”的最终目标并非是一个现成的、可销售的原型,可以直接交给军事实验室进行进一步迭代。相反,竞赛的结构旨在催化一个新兴领域,例如自主地下导航。借助于DARPA的火花和奖金的吸引力,这项挑战赛为新领域播下了种子,而来自工业界和军界的观察者可以积极地支持这个领域的发展。

由于决赛仍有数月之遥,目前尚不清楚哪种形式和代码的机器人将最终获胜。然而,可以肯定的是,这仅仅是军队对自主地下机器人技术兴趣的开始,未来还将有更多类似的工作。

 

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Kelsey D. Atherton

科技领域特约撰稿人

Kelsey D. Atherton 是一名军事技术记者,自 2013 年起为《大众科学》供稿。他报道无人机器人和其他无人机、通信系统、核企业以及用于规划、发动和缓解战争的技术。


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