圖片：科學(xué)家團隊與組成 SMuRF 系統(tǒng)的自主機器人

來自格拉斯哥大學(xué)、曼徹斯特大學(xué)、布里斯托爾機器人實驗室和赫瑞瓦特大學(xué)的英國工程師正在開發(fā)共生多機器人艦隊(SMuRF)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以幫助核電站退役。

該系統(tǒng)提供了一種無縫方法，使輪式、四足和空中機器人能夠協(xié)作并完成困難或危險的任務(wù)。單個人類主管可以遠程觀察機器人的行為，因為它們共享傳感器數(shù)據(jù)并結(jié)合它們的能力來比單臺機器更有效地實現(xiàn)結(jié)果。

SMuRF 可以為當(dāng)局、監(jiān)管機構(gòu)和行業(yè)提供更安全、更快速的核設(shè)施監(jiān)測方法，并為在充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境中維護工程基礎(chǔ)設(shè)施開辟新的機會。最近發(fā)表在 IET Cyber??-Systems and Robotics 雜志上的一篇論文《經(jīng)驗教訓(xùn)：核環(huán)境的共生自主機器人生態(tài)系統(tǒng)》概述了研究人員如何在實際演示中部署 SMuRF。該項目在坎布里亞郡的機器人與人工智能協(xié)作 (RAICo) 工廠進行。RAICo 是英國原子能管理局 (UKAEA)、核退役管理局 (NDA)、Sellafield Ltd 和曼徹斯特大學(xué)之間的合作項目。

在演示過程中，SMuRF 成功完成了模擬放射性儲存設(shè)施的檢查任務(wù)，其中包含了真實核電退役環(huán)境中遇到的一些挑戰(zhàn)。機器人的協(xié)作能力是研究人員開發(fā)的復(fù)雜計算機系統(tǒng)的結(jié)果，他們稱之為“網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)(CPS)”。

CPS 能夠與多達 1,600 個傳感器、機器人以及其他數(shù)字和物理資產(chǎn)進行近乎實時的通信。它還允許具有不同能力和操作系統(tǒng)的機器人一起工作，最重要的是，更新人類操作員。

CPS 收集和處理的數(shù)據(jù)可以創(chuàng)建真實空間的 3D 數(shù)字孿生。這使得 SMuRF 能夠在空間中導(dǎo)航并在最少的監(jiān)督下執(zhí)行任務(wù)，同時通過專門設(shè)計的數(shù)字儀表板為人類操作員提供大量數(shù)據(jù)，以幫助 SMuRF 在需要時做出明智的決策。如有必要，人類操作員還可以直接控制機器人。

結(jié)合機器人的能力，它們可以完成一系列通常應(yīng)用于核場地周圍輻射監(jiān)測的任務(wù)，即運行后清理。這些機器人協(xié)作繪制環(huán)境地圖，使用機載傳感器創(chuàng)建空間的 3D 數(shù)字孿生，并得到人類操作員駕駛的無人機進一步繪制地圖的支持。

波士頓動力公司的 Spot 使用其靈活的手臂獲取工具進行更仔細的掃描，而輪式機器人 Scout 和 CARMA 則繪制了整個測試環(huán)境的輻射水平圖。CARMA 機器人成功檢測到廢物桶下方模擬的放射性液體溢出，這一檢測有助于確保在現(xiàn)實環(huán)境中進行適當(dāng)?shù)亩糁坪颓謇怼?/p>

該論文的通訊作者、格拉斯哥大學(xué)詹姆斯·瓦特工程學(xué)院的 Daniel Mitchell 表示：“我們在這個原型 SMuRF 中編程和設(shè)計的機器人都有自己獨特的能力和局限性，以及自己的操作系統(tǒng)。在 RAICo 部署 SMuRF 期間，我們能夠展示機器人如何協(xié)同工作，以及我們構(gòu)建的數(shù)字孿生如何為人類操作員提供卓越的態(tài)勢感知能力。”

他補充道：“這可能使它們非常適合在核檢查和退役等潛在危險環(huán)境中工作的挑戰(zhàn)。“人類仍然需要監(jiān)督和指揮機器人車隊，但它們的高度自主性可以幫助人們在辦公桌上與機器人互動，而不用去工作現(xiàn)場，從而保證人們的安全。”

該論文的合著者、格拉斯哥大學(xué)網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)教授 David Flynn 補充道：“這些自主機器人艦隊具有巨大的潛力，可以承擔(dān)各種危險、骯臟、沉悶、遙遠和危險的任務(wù)。”親愛的工作……

我們研究的下一步是將更廣泛的機器人集成到我們的車隊中，使其具有更多樣化的能力來感知周圍環(huán)境、以新的方式在其中移動以及操縱物體。”

曼徹斯特大學(xué)的 Paul Baniqued 博士表示，數(shù)字架構(gòu)“受到車隊管理系統(tǒng)的啟發(fā)，如戰(zhàn)略視頻游戲中所見，該系統(tǒng)描繪了 SMuRF 的各個成員在數(shù)字孿生環(huán)境中同時運行”。這使得操作員能夠?qū)⒆⒁饬性趩蝹€界面上，從而更好地理解手頭的任務(wù)。

該研究得到了工程和物理科學(xué)研究委員會(EPSRC)的資助。