匈牙利科學家首次實現無人機蜂群自主飛行

匈牙利科學院的科學家首次實現了沒有中央控制系統的無人機蜂群的自主飛行。

雖然無人機蜂群已經通過電腦模型展示過很多次了，但是匈牙利科學院的科學家最近首次在現實世界不借助中央控制系統實現了無人機蜂群的自主飛行。這一成功為將無人機蜂群運用于多種應用指明了前進方向。

當然，蜂群的行為在自然世界平淡無奇，在鳥類、魚和昆蟲中尤為常見。但要理解蜂群的動態性仍然是一個挑戰，可能有多個模式。無論是否理解，蜂群的行為都出現了，而且通常規模很大。大量的生物個體可以集體移動，保持方向，不會撞到障礙物，也不會撞到彼此。

不久之前，還不能說無人機也有這種特點——至少，不能響應單個控制器的多種無人機都還不具有這種特點。研究人員解釋說，其中一個主要原因是無人機蜂群主要是電腦建模人員追求的目標。分散型蜂群算法設計的理論框架固然很好，但它們無法滿足真實世界的條件。研究人員指出，這些條件包括“受限的行動和交流能力，延遲、擾動，或者存在障礙”。理論模型中缺少這類因素，限制了它們的價值。障礙不僅僅帶來阻礙，也會對無人機群的集體行為和協作帶來很大的持續影響。鑒于此，科學家們注意到，“當存在延遲、不確定性、運動學限制的時候”，在計算機屏幕上表現出色的模型“卻在現實生活條件下快速振蕩、不穩定”。

研究人員提到了多個真實世界中自主無人機蜂群的淺顯例子，例如美國軍方進行的行動和金屬樂隊，但他們也指出這兩個例子在某些程度上比真實世界的更明顯。無人機都是單獨編程，遵循特定的飛行路徑，或者根據指令朝著特定目標聚集成群，從而限制了變量。

規定蜂群行為的各種通用原則，無論是鳥還是無人機，都得到了充分理解，沒有爭議。這些原則都來源于交互的三大簡單規則：不沖撞相鄰單位、相鄰單位以相同方向行進、跟隨相鄰單位的平均位置這三種需求。

迄今為止還不錯，但舉個例子，一千只飛翔的椋鳥中，每一只都能夠完美地繞樹飛行，而面對同樣障礙的一群自主無人機則可能撞上去、撞在一起，或者朝著幾個不同方向散開。

研究團隊指出，“在限定區域內建立大型戶外分散型無人機蜂群，運用自主撞擊及物體躲避技術實現同步蜂群行為，這還是個未解決的難題?！钡诤艽蟪潭壬?，這項新工作解決了一大部分問題。

為實現目標，研究人員先進行建模，加入了幾個額外變量，反映不可預知的真實世界問題，包括高速移動時遇到的障礙與邊界、傳感器和短程通信設備的突然故障。該模型還包含了名為“進化優化”的流程——多代運行程序，以便最終確定最優適配特征。

但是，只能在真實世界中驗證過才知道好壞。為了測試他們的發現，研究人員使用30架四翼無人機，將其放置在充滿了障礙的真實環境中。他們對無人機編程，讓其自主飛行，并設定其中一些電子元件出現故障，然后放行。經過幾輪運行，無人機蜂群匯成群，飛行沒有出現問題，而且證明在高速時也沒有出現問題?！斑@個模型讓具有不準確傳感器和短程通信設備的無人機在存在連續通信延遲和可能的局部通信中斷的條件下仍然可在嘈雜環境中飛行?！?/p>

該研究團隊得出結論，他們的結果需要進行更精密地分析，但是表現出提高多種環境下無人機性能的可能性。該研究發表在權威學術期刊《科學·機器人》上。