创新自主RTC

俄国家人工智能发展战略新突破

2023-02-07 来源:中国社会科学网
  随着无人化、智能化的快速发展,尤其是航空航天领域的不断进步,综合机器人的应用潜力越来越得到凸显。综合机器人的制造需要广泛的技术支撑,其中最为重要的是自主控制系统以及视觉设备技术辅助。
  2022年12月底,莫斯科航空航天大学第6研究所的科研人员开发了一种能够实现自主RTC(自主实时通信)功能的新型控制系统,并将于2023年春季进行首次实验测试。
RTC技术的一次实验测试
  独辟蹊径——实现较低成本的自主RTC功能
  传统的火星车等太空探索机器人的控制系统是在获取地形数据后,首先将数据信息传回地球,由地球上的工作人员进行研究分析,再由操作员向太空探索机器人发送行动指令,以控制太空探索机器人的空间行动。但是由于地球与其他行星之间的距离极长,位置关系复杂程度极高,从距离地球较近的火星传回无线电信号大约需要15分钟,而对传回的信息进行分析又需要同样的时间,这使得从地球实时控制火星车进行探索行动这一目的变得几乎不可能实现。并且由于在太空中传输的无线电信号的质量难以得到保证,地球接收到的照片和视频信息的完整性和清晰度都很难达到标准,给操作员评估火星车的探索情况以及决定下一步的探索行动造成了巨大的干扰。
  近年来,俄罗斯研制了大量具有不同功能的自主RTC系统,旨在不同条件下进行驾驶、沿给定路线移动或独立克服障碍。其中一些成熟的系统已经在各种行业中投入实际生产应用,尤其在军事领域,如美国的Raider II自动驾驶车、LS3等智能机器人已经广为人知。目前俄研制的自主RTC控制系统,基本上需要摄像头、激光雷达、超声波装置来进行数据收集,并结合来自卫星或者惯性导航系统的信息,以确定机器人的实时位置并自主制定前进路线。但是目前研制的自主RTC系统由于依赖相当复杂且昂贵的传感器设备而使得其成本较高、产品的尺寸和重量难以控制,投入实际生产的困难较大。
  2022年12月底,莫斯科航空航天大学第6研究所的科研人员为了解决这个问题,创建了一个具有自主实时通信功能的新控制系统研究项目。他们计划通过编写新的软件工具来创建多种实时通信体系,优化地面测绘算法和导航路线制定方法,以达到减少传感器数量、仅仅使用摄像机作为唯一的地形信息来源,实现较低成本的自主RTC功能。
  目前,软件开发人员正在创建所需要的工具包,并预计在2023年春季,使用一个自行式六轮移动平台作为控制对象,进行该系统的第一次测试。
具有自动化解决任务能力的重型工程 RTK“Prokhod-1”
  看家本领——基于“上帝视角”的智能优选
  一是系统完全自主化。系统能够自主对地形或路线进行视觉研究,具有自主导航驾驶功能,也能准确识别与执行系统内部发出的命令,美国航天局发射的毅力号火星车基于SLAM(实时建图)的自主控制系统,将最大安全移动速度从20m/h提高到了120m/h,可见其在太空探索领域的应用潜力十分巨大。同时,完全自主化使其可以在无法使用无线电控制等危机情况下能正常运行,这在太空探索或是军事作战中将发挥重要作用。
  二是实时定位与实时映射。依靠基于SLAM—同步定位与地图构建技术的自主RTC功能,该计算机系统将接收来自摄像机的视频信号处理后制成包含当前区域所有特征(包括障碍物、大型建筑)的地图。通过这些数据,系统将自动化建立路线并决策通过障碍物的最优路线,这项以人工智能领域的深度学习和机器视觉等概念作为理论基础的功能使机器人拥有了“上帝视角”。
  三是结构简化,成本较低。由于传感器本身的复杂性和高成本,为了便于控制同时增强其实用性,在不影响系统接收视频信号功能正常运行的情况下,该系统放弃了除摄像头以外的所有传感器,仅使用光学手段对地形路线进行视觉研究,不增加其他传感设备,通过算法手段很大程度上提高了系统处理视频信息的能力,处理视频的速度从之前的0.82秒/帧提高到8-10秒/帧,在保证其功能性的前提下简化整体模型的设计。
装配了SLAM技术的“毅力号”火星车
  大显身手——在军事航天领域应用前景广阔
  创造实现各有前途的机器人综合体,强化国家战略科技力量,是当前主要大国的普遍做法。俄罗斯在《2030年前俄罗斯国家人工智能发展战略》中将人工智能技术视为国家间战略竞争的重要领域。自主RTC控制系统在军事和航天领域的应用前景主要体现在:
  一是把握战场主动,降低人员伤亡。自主RTC控制系统的运用能够使俄罗斯在对乌作战中投入的无人作战机器人更好地适应战场瞬息变换的局势,能够在不同条件下沿给定路线移动或独立克服障碍,在与敌人交战过程中,能够自主判断后及时对敌目标进行打击,减少远程控制的时间和降低人为操纵出现错误的可能,实现在战场上尽可能降低作战机器人消耗的同时,还能提高其作战效率。
  二是依托自主控制系统,实施航天设备进口替代。自主RTC控制系统作为一种前沿尖端技术的研究探索,它的实现能够更加有效摆脱空间系统面临的问题和限制,让机器人在面对突发情况时做出自主判断,从而有望大大提高自主运行水平,减少远程控制的时间和降低人为操纵出现错误的可能,提高其生存能力,同时还能简化地面控制基础设施,科技含量高,应用潜力大。在当前军事科技激烈竞争的态势下,俄在基于RTC技术的基础上大力发展自主控制技术在航空领域的应用,能够保持其在空间领域的相对优势。
  三是缓解经济压力,另辟蹊径发展航天技术。继承了苏联航天优势,俄罗斯至今仍是世界主要航天强国之一,但囿于国力和经济实力的限制,加之传统的航天技术又需要投入大量的资金和人力,俄的航天发展难免“捉襟见肘”。2018年到2022年侦察卫星的连续发射失败,又给俄罗斯的航天事业增添了巨大压力。而自主RTC控制系统作为一种以低成本、高效能为目的新型技术,无疑符合当前俄罗斯的国情,为在当前复杂特殊条件下进行的有益尝试和探索。
  (作者单位:国防科技大学军政基础教育学院;国防科技大学国际问题研究中心)
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