宾夕法尼亚州兰斯（sī）福德市，一个由宾夕法尼亚州幽灵机器人公司（sī）（Penn Spinoff Ghost Robotics）制（zhì）造的（de）长腿“狗”机器人在（zài）9号矿井中导航（háng）。这些机（jī）器（qì）人被设计用来探测背包和虚（xū）拟人员等文物，以模（mó）拟真实的（de）地下搜救任务。

 

本年早些时候，宾夕（xī）法尼亚（yà）大学的一批学（xué）生、博士后和教（jiāo）职员工前（qián）往（wǎng）匹（pǐ）兹堡附近的一个（gè）实（shí）验矿，参加由国（guó）防（fáng）高级研究计划局（DARPA）主办（bàn）的第一轮地下（SubT）挑战赛。团队由Camillo J.Taylor领导（dǎo），研究（jiū）人员与宾夕法尼亚州（zhōu）的三产公司合作（zuò），建立了一个机器人团队来导航和探索未知的地（dì）下（xià）环境。

 

DARPA的挑战旨在激发对复杂问（wèn）题（tí）的创（chuàng）新解决（jué）方案，SubT的目标（biāo）是开发机器人，这些机器人可以被（bèi）送到对人（rén）类来说太危险的地方，比如四个矿井之（zhī）后（hòu）的地铁隧道或工（gōng）人被困的矿井。然后，这些机器人（rén）可以（yǐ）把它看到的情（qíng）况报告给一个可以留（liú）在安全地点的人（rén），并迅（xùn）速（sù）做出（chū）处理。
 

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宾夕法尼亚州地下隧（suì）道运营实验室团队（简称PLUTO，译称冥（míng）王星）的成（chéng）员在具有挑战性的环（huán）境中与无（wú）人机合作过（guò），但（dàn）进入地（dì）下意味着需要另一（yī）种平台来（lái）承载重型设备，同时（shí）在狭窄（zhǎi）的空（kōng）间中（zhōng）航行。通过将（jiāng）Ghost Robotics有（yǒu）腿的“狗”平台与Exyn技术无人机相结合，PLUTO结合了有腿系统的优势，将先前的专业（yè）领域结合在一（yī）起。

 

为（wéi）了成功地穿越矿井（jǐng），机器人需（xū）要（yào）能够看到周围的情况（kuàng），这样（yàng）他（tā）们可以避（bì）开障碍物，同时也（yě）可以与人类（lèi）操作（zuò）员分享他们看（kàn）到的（de）情况。每只狗都携带一个（gè）光探（tàn）测和排序设（shè）备（bèi），该设备使用激光创建一个三维地图（tú），立体RGB相（xiàng）机查看伪影，热相机检测热信号（hào），以（yǐ）及一（yī）台机（jī）载计算机处理（lǐ）数据。

 

冥王星的机器人还需要有能力决定下（xià）一步要去（qù）哪里，识别人工（gōng）物，并将信息传递给其他狗和矿（kuàng）井（jǐng）外的人类。博士生安东尼（ní）·考利（Anthony Cowley）开发的程序用于根据（jù）传感器采集的（de）图像生（shēng）成机器人的（de）位置地图，而背包和手机等文物则使用博士生什里亚斯·希瓦库马尔（ěr）开（kāi）发的程序进行检测。

 

由于无线电（diàn）波无法穿越厚厚（hòu）的洞穴墙壁，地下通信（xìn）尤其具有挑战性。由硕士生费尔（ěr）南多·克（kè）拉（lā）德拉领导（dǎo），冥王星的（de）策略是（shì）创建一（yī）个“bucket brigade”系统，让机器（qì）人彼（bǐ）此共享数据（jù）。这（zhè）样，如果一个机器人不能回到入口，它收集的数据（jù）仍然可以被其（qí）他（tā）狗（gǒu）传（chuán）送到基站。

 

将（jiāng）所有这些能（néng）力结（jié）合（hé）在一（yī）起（qǐ）需要高度（dù）的自主性，以允许机器人（rén）在（zài）没（méi）有人类直接输入的情况下规划其探索策略。博士（shì）生伊恩·米勒（lè）领导了这项工作，并帮（bāng）助确保所有传感器、硬件和算法协同工作。

 

今年早些时（shí）候，冥王星曾在宾夕（xī）法尼亚州兰斯（sī）福德的9号煤矿和博物馆以及科罗拉多矿业学院的实验矿呆过（guò）一段时间，观察（chá）它们的自动化系统（tǒng）在地下的表现。经过（guò）几个月（yuè）的准备，在八（bā）月（yuè）份（fèn）的第一轮挑（tiāo）战（zhàn）赛（sài）中，他们在匹兹（zī）堡附近的一个试验矿与另外十支队伍进行了对决。

 

每个小（xiǎo）组（zǔ）完成了两个地雷课程，并在（zài）每个课程中尝（cháng）试了两次寻找物品，包括（kuò）背包、手机（jī）、灭火器和虚拟人员，时（shí）间限制为一小时。没有一名队员被允许进入矿（kuàng）井，只有米勒被允许在收集数（shù）据时与机器人互动。

 

虽然（rán）他们的机器（qì）人没有发现希望（wàng）的那么多（duō）的（de）人造物（wù），冥（míng）王星团队对这（zhè）个系统在如（rú）此具有挑战性和未知环境中的表现（xiàn）感到满意。工作良好的组件（jiàn）包（bāo）括狗如何探测（cè）和探索隧道，它们识别（bié）物体的能（néng）力，以及通过（guò）“bucket brigade”共享数据失灵的狗提供了几项检（jiǎn）测，显（xiǎn）示了它们的系统（tǒng）即使在（zài）个别机器（qì）人绊倒的情况下也是如何恢复的。
 

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小组在（zài）SubT挑战赛的（de）准备场（chǎng）地，
图源：Shrevas Shivakumar

 

同样（yàng）在Ghost Robotics公司工作的硕士生Adarsh Kulkarni说，他对这些（xiē）狗的机械稳（wěn）定性（xìng）以及它们在多次摔倒后（hòu）的表现感到满意（yì）。”“这是迄今为止我们运行机器人最困难（nán）的一（yī）次，也是（shì）他们（men）所处的最恶劣（liè）环境。”

 

“他们每（měi）天都要挨打，第二天早上还在工作，”Shivakumar开玩（wán）笑的补充道。“这真是值得称赞。”尽管（guǎn）他们的一（yī）些设计已经过度适（shì）合9号机器（qì）人的挑战，包（bāo）括为窄的、有纹理（lǐ）的墙壁（bì）设（shè）计的（de）传（chuán）感器（qì），而SubT的墙（qiáng）壁更（gèng）宽、更光（guāng）滑，但经验直接向（xiàng）团队展示了设计用于（yú）未（wèi）知环境的机（jī）器人是多么困难，是在新环境中测试机器人的难得机（jī）会。”“这与正（zhèng）常的（de）学术（shù）工作流程有很大不同（tóng），”米勒说从一（yī）个算法到在一个（gè）你（nǐ）从未见过（guò）的（de）地（dì）方工作的东（dōng）西，是完全不同的问题。”

 

机器人技术（shù）中的（de）这“最后（hòu）10%”使自动化系（xì）统变得健壮可靠，这是（shì）一个（gè）挑战，通常是通（tōng）过结合最先（xiān）进的技术和（hé）实用的观点（diǎn）来解（jiě）决的。有时这些系统本（běn）身并（bìng）不新颖，但新（xīn）颖之处（chù）在于它（tā）们在未经测（cè）试（shì）的环境（jìng）中的（de）实现新奇之处在于如何解决所有这（zhè）些问题，使机器人在（zài）恶（è）劣的环境中可靠工作。”

 

该（gāi）团队仍在讨论他们未来几轮的SubT计划，下一轮（lún）将在2月（yuè）份（fèn）在城市环境中进行，这意味着更多的人造结构和形状（zhuàng），如（rú）锐角、平滑的墙壁和（hé）楼（lóu）梯不管未来会发生什么，创（chuàng）造机器人并将其送入充满挑战的现实（shí）环境对于宾夕法尼亚大学（xué）和整个（gè）机器人技（jì）术（shù）领域的进步都是至关（guān）重要的，特别是对（duì）于未来（lái），自动化系统（tǒng）可能承担从驾（jià）驶（shǐ）汽车（chē）到搜寻（xún）幸存者等（děng）一系（xì）列具有挑战性的任务（wù）。

 

宾夕法尼亚州通用机器人、自动（dòng）化、传（chuán）感和感知实验室的研（yán）究人（rén）员完全有（yǒu）能力应对（duì）这些挑战，这（zhè）在一定程（chéng）度上要归功（gōng）于鼓励协作和（hé）交流的文化。”“这是（shì）我们（men）灌输给每一个走进我们的设施，”泰勒说如果你不担（dān）心（xīn）有一个项（xiàng）目只适合你的专业领域，如果你愿（yuàn）意对自己的想法有（yǒu）更广泛的了（le）解，它会让你做（zuò）更大（dà）的事情。”