在湖州安吉的一片竹林中，由浙江大學控制科學與工程學院、湖州研究院團隊研發的一群微型智能空中機器人，正自如穿梭其間——它們時而靈巧地掠過低矮灌木叢，時而交叉飛行變換隊形，就像是林中小鳥翩翩起舞相互追逐。
在未知復雜環境中的成群結隊飛行，一直被看作是機器人與人工智能領域的一大技術瓶頸。在兩年多的研究中，科研團隊解決了未知復雜環境下機器人單機與群體的智能導航與快速避障方法等一系列核心技術，將只能在電影里面看到的場面帶到現實世界。
這項成果于北京時間5月5日刊登在機器人領域權威期刊《科學·機器人》（Science Robotics），并被選為期刊5月封面論文。論文第一作者為浙江大學控制科學與工程學院博士研究生周鑫，通訊作者為該院高飛博士和許超教授。
“麻雀雖小” 但能自主思考
大規模的機器人空中編隊表演早已屢見不鮮，通過前期的衛星定位和軌跡編碼，能夠實現千變萬化的造型。然而一旦失去地面計算機的控制，這些機器人群體就會群龍無首甚至撞到障礙物跌落下來。
“人字形的大雁、井然有序的鴿群，當我們仰望天空，自然界中飛鳥的集群總讓我們思考它們是如何保持隊形的。”許超說，讓機器人像鳥兒一樣能夠成群自由地飛翔，道法自然，這是我們及國際同行們苦苦追尋的最高境界。
通過集體的協同努力，浙大團隊研發出小巧輕便、自主可控又能成群結隊的飛行系統。單個空中機器人只有手掌大小，比一聽可樂的重量還要輕。
浙大研發的這款新型機器人在僅使用機載視覺、機載計算資源的情況下，實現了在野外樹林復雜環境下感知周圍障礙物、定位自身位置及生成飛行路徑、以及多智能體通訊等多項關鍵技術突破。“我們讓機器人看得懂世界，主動避開障礙物，實現群體飛行。”高飛說。
“我們還為空中機器人打造了一個智慧大腦。”許超說，盡管處理器只有拇指大小，但是它能夠獨立計算處理飛行過程中遇到的海量信息。“把物理世界的運動信息表征成一系列的數學問題，關鍵是要識破復雜問題背后隱秘的特殊數學結構，化繁為簡，利用捉襟見肘的機載計算資源完美破題。”
登高跑遠 能達無人之境
許超介紹，從圖紙設計到硬件調試，從算法研發到代碼編寫，從實驗測試到系統優化，都完全由浙大團隊師生完成，“在國際上能夠獨立完成全流程工作的團隊，也是屈指可數。”
在研發過程中，團隊在智能化、網絡化、自主化等多方面技術發展中取得了突破，這項成果也將對工業界的機器換人和產業升級產生積極作用。
談及未來應用，高飛認為，在火災等搜救場景中，小型集群機器人能夠更好實現搜救目標，減少搜救人員風險；在地形勘探中，也可以快速對人員無法到達的區域進行建模。“生活中有很多場景都能用到我們這項技術，比如掃地或服務機器人，如果裝上了我們研發的‘智慧大腦’，就會更加聰明。”
