DARPA组织“地下”挑战赛,考验机器人快速勘探能力

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DARPA组织“地下”挑战赛,考验机器人快速勘探能力
麻省理工科技评论 2019-08-20

2019-08-20

近期,美国匹兹堡一个矿洞里集结了 11 个团队各种形态的机器人,这些机器人将参加一场“地下”挑战赛,在这个完全陌生的地下环境中绘制地图并实现定位。
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近期,美国匹兹堡一个矿洞里集结了 11 个团队各种形态的机器人,这些机器人将参加一场“地下”挑战赛,在这个完全陌生的地下环境中绘制地图并实现定位。

近期,美国匹兹堡一个矿洞里集结了 11 个团队各种形态的机器人,这些机器人将参加一场“地下”挑战赛(Subterranean Challenge,简称“SubT”),在这个完全陌生的地下环境中绘制地图并实现定位。

值得关注的是,这场比赛是由美国国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,简称“DARPA”)组织的,DARPA 战术技术办公室项目经理 Timothy Chung 表示,举办“SubT”挑战赛的目的就是为了在执行地下行动时获得从未有过的态势感知能力,寻求在地下环境中快速侦查、通过、搜索等任务的新方法。

正如“SubT”挑战赛官网引用的克劳塞维茨在《战争论》中的一句话,“战争与地形的关系要求我们具备快速而精准地获取任何地区地形信息的能力。”

目前在官网有登记的团队共有 18 个,涉及到的学校及组织机构有麻省理工学院、韩国科学技术院等相关学院;内华达山脉公司、幽灵机器人等科技公司以及一些政府背景的实验室及组织。

参赛团队包括 AAUNO、BARCS、CERBERUS、COLLEMBOLA、CoSTAR、Coordinated Robotics、CRETISE、CSIRO Data61、CTU-CRAS、CYNET.ai、Explorer、Flying Fitches、MARBLE、Metastable Labs、NCTU、PLUTO、Robotika、SODIUM-24Robotics。其中只有 Robotika 和 Coodinated Robotics 两个团队同时参加了物理系统竞赛和纯软件虚拟竞赛两项,其余大部分团队都填报了纯软件虚拟竞赛。

在第二天的比赛中,Explorer、MARBLE、CoSTAR、CTU-CRAS 成绩较好,尤其 Explorer 团队(由卡内基·梅隆大学和俄勒冈州立大学合作组建)得分为 23 分,远超第二名 MARBLE(涉及组织为科罗拉多大学和科学系统公司)团队 14 分。

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图 | 8 月 18 日竞赛结果(来源:DARPA)

需要关注的是,来自中国台湾国立交通大学的 NCTU 团队是所有参赛团队中少有的使用软式小型飞船进行作业的团队之一。

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图 | NCTU 的小型飞船机器人(来源:NCTU 的 Twitter)

今年四月,一些团队刚刚在科罗拉多的一座实验矿进行过一场名为“STIX”的整合训练,这场训练为他们提供了在真实的隧道环境中练习的机会。一些团队的机器人在当时的练习中已经留下了比较有趣的镜头。

不同于四月的 STIX,此次比赛的隧道尘土更少,但是很泥泞。尽管赛前视频只有 5 分钟,但机器人要探索的是长达数公里的隧道,包含狭窄的通道、急转弯、角度很高的上下坡、台阶、梯子等等,再加上矿井本身对通讯造成的干扰,这都要求机器人具备极高的物理能力,同时几乎要完全自主。

据了解,除本次的“隧道赛场”之外,还有“城市地下赛道”和“洞穴网络赛道”两场预赛,所有预赛结束之后将在 2021 年 8 月进行总决赛。参赛的团队可以参与物理系统竞赛或纯软件虚拟竞赛两种方式中的一种或两种,前者奖金为 200 万美元,后者奖金为 150 万美元。

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对于每个赛道,团队必须完成一系列目标。主要任务是搜索、检测并提供竞赛所要求的 10 到 30 件物品精确的地理参考位置,这些物品可能包括人类幸存者(人体模型)、门、电动泵、阀门、背包、灭火器、收音机或手机,以及更多抽象的东西,如煤气泄漏。团队的最终得分主要取决于他们能够找到多少物品,以及用时多长。但 DARPA 希望团队在整个过程中可以提供连续、实时的 3D 地图更新。

DARPA 强调了“SubT”的四个技术领域,包括自主、感知、网络和移动性。所有这些都是由“SubT”环境驱动的,它们包含了一系列技术挑战元素,DARPA 将使用它们来大体评估系统性能。换句话说,以下就是参赛团队必须要面对和处理的事情:

严格导航:挑战包括多个级别,倾斜、循环、死角、滑动诱导地形界面和急转弯等。可见度有限,困难地形和稀疏特征的这种环境可导致显著的定位误差并且在延长的运行期间漂移。

降级传感:比赛包括从受限制的通道到大开口,照明区域到完全黑暗,以及潮湿到多尘的条件。感知和本体感受器将需要在这些低光、模糊或散射环境中可靠地操作,同时具有适应这种变化条件的动态范围。灰尘、雾、水和烟雾都在这个挑战元素的范围内。极端温度,火灾和有害物质预计不在范围内。

严密通信:有限的视距,无线电频率传播挑战以及地下环境中不同地质的影响对可靠的网络和通信链路造成严重障碍。物理竞赛阶段以及“SubT”虚拟测试平台环境旨在尽可能地涵盖这些通信限制。鼓励团队思考出克服这些约束的解决方案,包括硬件、软件、波形、协议、分布式或分散式概念或部署方法的新颖组合。

地形障碍:要求系统在导航一系列具有移动性的地形特征和障碍物时表现出稳健性。地形元素和障碍物可包括受约束的通道、急转弯、陡坡、倾斜、台阶、梯子以及泥沙和水。环境可包括有机或人造材料; 结构化或非结构化的构造; 完整或倒塌的结构和碎片。

动态地形:地形特征和障碍物还可以包括动态元素,其可以包括例如移动障碍物、移动墙壁和障碍物,落下的碎片或环境的其他物理变化,其测试系统自主性的敏捷性、反应,并可能从地图变化的可能性中恢复。

耐力限制:预计成功的系统需要具有 120 分钟的团队聚合耐力才能完成任务。预计每个赛道的运行时间为 60 - 90 分钟,每场总决赛的运行时间为 60 - 120 分钟。这种总体耐久性可能需要新颖的部署理念、能量感知规划、不同耐久性的异构代理、能量收集或转移技术,以及各种方法的组合以克服各种挑战元素。


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