这些机器人是 DARPA 对未来洞穴战或灾难救援的希望

像这样的机器人可以在未来的战争中战斗,或在具有挑战性和危险的地下环境中帮助救援人员。
九月下旬,机器人团队参加了DARPA举办的地下比赛。DARPA

在肯塔基州路易斯维尔的地下,机器人“ANYmal C”在赢得比赛的过程中,撞上了一堵假墙。它后退,向前走,然后又撞上墙壁,持续了几分钟。每次,悬挂的墙壁都会稍微让开,然后又弹回原位。这堵墙是DARPA为一项名为“地下挑战赛”的多部分比赛的最后环节而设置的,它只是一个巨大且刻意构建的地下障碍赛的一部分,是多年努力的顶峰。比赛结束时,尽管它的机器人不断撞墙,但Cerberus团队赢得了200万美元的头奖。

“在时间紧迫的任务中,例如主动作战行动或灾难响应,作战人员和第一响应者会面临艰难的地形、不稳定的结构、恶劣的环境条件、严峻的通信限制以及广阔的作战区域,”SubT挑战赛的项目经理Timothy Chung在一份声明中说。“这项挑战赛在很大程度上推动了应对这些障碍和保障生命的技术工具的发展。”

地下挑战赛的总决赛于9月21日至24日举行。比赛场地设在路易斯维尔巨型洞穴中,包含模仿隧道、洞穴和城市环境的区域,这些都是救援或军事机器人未来可能 operating 的区域。其中两个环境,隧道和城市,此前已经举行过各自的挑战赛,参赛队伍在那里磨练了技能并改进了机器人设计。原定于2020年末举行的洞穴赛道因疫情而取消。

每项实体挑战赛,都伴随着一个虚拟部分,参赛队伍将机器人送入真实的地下环境进行比赛。虚拟部分是一条并行赛道,参赛队伍编写导航算法,当这些算法被编程到一系列机器人虚拟形象中时,就能成功地引导机器人穿越完全陌生的环境。

导航地下空间是一个难题。大多数现有的机器人技术,从通信到移动,都是为开放的空气和天空设计的,在那里无线电信号可以自由传播。洞穴会阻碍信号,让飞行变得困难;甚至行走也可能很困难。

然而,世界上充满了地下空间,而这些正是军事部门预计未来几十年将在其中 operating 的一些区域。探索从未被绘制过的隧道不是一件令人愉快的事情,但对于那些希望穿越激烈争夺的城市的人类来说,能够遵循机器人设定的路径,总比独自行动要好得多。

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这对于救援工作也至关重要。在瓦砾或倒塌的矿井中穿行最好留给不需要呼吸的机器,如果这些机器还能引导人类救援人员到达目的地,那就更好了。

为了模拟这项救援工作,机器人任务之一是寻找热成像人体模型。这些惰性假人穿着靴子、安全帽和安全背心,就像工人一样,同时还会发出热量和声音,使得它们可以被红外相机和麦克风探测到。

除了人体模型(在官方比赛规则中称为“幸存者”)之外,机器人还寻找背包、灭火器、钻头、通风口、煤气、绳索、头盔和特殊立方体。

每支队伍有一个小时的时间完成赛道,评分标准是机器人识别出这些物品的准确性。如果两支队伍在给定的一次运行中识别出相同数量的物品,则以最早找到最后一个物品的识别时间作为破纪录者,这正是Cerberus团队以一分钟的优势击败CSIRO Data61的原因。

MARBLE团队(“基于雷达定位的多代理自主探索”)在进入决赛的八支队伍中获得第三名。

在导航比赛赛道的过程中,机器人以惊人的准确度绘制出了有用的清晰地图。

在撞上假墙十分钟后,Cerberus的一个机器人遇到了隧道部分的难题。与崎岖不平的洞穴不同,这段隧道有一段很长的光滑、缺乏特征的墙壁。这种缺乏辨识特征本身就是一种障碍,这只四足机器人站着不动,仿佛很困惑,直到它找到了通往另一个通道的开口。

能够轻松驾驭这些复杂空间并高效导航的机器人,将对任何跟随它们进入战场的力量来说是巨大的优势。DARPA挑战赛并没有发明地下自主导航的概念,但它赋予了它具体形态,展示了机器如何协同工作来探索一个前所未见的坏境。

接下来会发生什么很大程度上取决于公司和军事实验室,看看挑战赛中的哪些研究成果能够进一步迭代,成为新的、有用的战场工具。无论采取何种选择,它无疑都会比陆军在20世纪60年代应对地下战争的方法要好,当时的方法是让隧道入口坍塌并将其视为需要避开的危险。

现在,人类可以更容易地探索未知的地下,不仅能够找到幸存者,还能获得洞穴的地图。

 

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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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