美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人研究所的一個(gè)研究小組正在創(chuàng)造下一代探險(xiǎn)家--機(jī)器人。

自主探索研究小組開(kāi)發(fā)了一套機(jī)器人系統(tǒng)和規(guī)劃器，使機(jī)器人能夠更快地進(jìn)行探索，探測(cè)未知環(huán)境中最黑暗的角落，并繪制更精確、更詳細(xì)的地圖。這些系統(tǒng)使機(jī)器人能夠自主完成所有這些工作，在沒(méi)有人類干預(yù)的情況下找到方向并繪制地圖。

機(jī)器人研究所的系統(tǒng)科學(xué)家張?bào)K說(shuō)："你可以把它設(shè)置在任何環(huán)境中，比如百貨商店或?yàn)?zāi)難后的居民樓，然后它就可以出發(fā)了。它可以實(shí)時(shí)繪制地圖，并在探索的過(guò)程中找出下一步要去的地方。你可以看到地圖上的一切。你甚至不需要走進(jìn)這個(gè)空間。只需讓機(jī)器人探索并繪制環(huán)境地圖即可?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)研究探索系統(tǒng)已有三年多時(shí)間。他們已經(jīng)探索并繪制了幾個(gè)地下礦井、一個(gè)停車場(chǎng)、科亨大學(xué)中心以及 CMU 校園內(nèi)的其他幾個(gè)室內(nèi)和室外地點(diǎn)。該系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)和傳感器幾乎可以連接到任何機(jī)器人平臺(tái)上，使其成為現(xiàn)代探險(xiǎn)家。該小組使用改裝的電動(dòng)輪椅和無(wú)人機(jī)進(jìn)行了大量測(cè)試。

利用該小組的系統(tǒng)，機(jī)器人可以在三種模式下進(jìn)行探索。在一種模式下，人可以控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和方向，同時(shí)自主系統(tǒng)可以防止機(jī)器人撞到墻壁、天花板或其他物體。在另一種模式下，人可以在地圖上選擇一個(gè)點(diǎn)，機(jī)器人就會(huì)導(dǎo)航到那個(gè)點(diǎn)。第三種模式是純粹的探索。機(jī)器人自行出發(fā)，探索整個(gè)空間并繪制地圖。

機(jī)器人研究所教授豪伊-喬塞特（Howie Choset）說(shuō)："這是一個(gè)非常靈活的系統(tǒng)，可用于從送貨到搜救等多種應(yīng)用?！?/p>

研究小組將三維掃描激光雷達(dá)傳感器、前視攝像頭和慣性測(cè)量單元傳感器與探索算法相結(jié)合，使機(jī)器人能夠知道自己在哪里、去過(guò)哪里以及下一步應(yīng)該去哪里。由此產(chǎn)生的系統(tǒng)比以前的方法更高效，能繪制更完整的地圖，同時(shí)將算法運(yùn)行時(shí)間縮短一半。

新系統(tǒng)可在光線不足、通訊不暢的險(xiǎn)惡條件下工作，如洞穴、隧道和廢棄建筑。在 DARPA 的 "地下挑戰(zhàn)賽"（Subterranean Challenge）中，CMU 和俄勒岡州立大學(xué)的參賽項(xiàng)目 "探索者團(tuán)隊(duì)"（Team Explorer）使用了該小組的一個(gè)版本的探索系統(tǒng)。探索者隊(duì)在最后的比賽中名列第四，但由于比其他隊(duì)伍繪制了更多的線路圖而獲得了 "勘探最多區(qū)段獎(jiǎng)"（Most Sectors Explored Award）。

"我們所有的工作都是開(kāi)源的。我們沒(méi)有保留任何東西。我們希望通過(guò)制造自主探索機(jī)器人的能力來(lái)加強(qiáng)社會(huì)。"機(jī)器人學(xué)博士生、探索者團(tuán)隊(duì)首席操作員曹超說(shuō)："這是一項(xiàng)基本能力。一旦你擁有了它，你就能做更多的事情?！?/p>

該小組的最新研究成果發(fā)表在本周的《科學(xué)機(jī)器人學(xué)》（Science Robotics）雜志上。