地下大約一個(gè)故事，在博爾德縣一個(gè)未公開(kāi)的位置，接近十幾名工程師在一系列公用事業(yè)隧道中上下顛簸。公用事業(yè)隧道是一個(gè)由管道組成的走廊網(wǎng)絡(luò )，只用零星的燈泡點(diǎn)亮。

學(xué)生和教職員工今天早上來(lái)到這個(gè)塵土飛揚的環(huán)境，做了一些他們在地面上做不到的事情：測試一支無(wú)人駕駛汽車(chē)或無(wú)人機。這些被稱(chēng)為“愛(ài)斯基摩人”的機器人高幾英尺，看起來(lái)像是當您乘坐裝有Humvee的無(wú)線(xiàn)電遙控車(chē)時(shí)會(huì )得到什么。

它們將很快成為CU Boulder努力實(shí)現新的探索壯舉的一部分。

這是因為這些工程師是“ 地下挑戰賽”的參賽者，該挑戰賽是美國國防高級研究計劃局(DARPA)發(fā)起的一項高風(fēng)險競賽。在三年的時(shí)間里，來(lái)自世界各地的研究人員團隊將相互競爭，將他們的機器人知識推向極限-設計能夠像這樣的機器人在地下環(huán)境中航行的車(chē)輛。

保羅·M·拉迪(Paul M. Rady)機械工程系的教授肖恩·漢伯特(Sean Humbert)領(lǐng)導著(zhù)CU博爾德分隊，這是挑戰賽中六支獲資助的團隊之一。這項耗資450萬(wàn)美元的合作被稱(chēng)為“多主體自治與基于雷達的勘測本地化(MARBLE)”，還包括來(lái)自CU Denver和馬薩諸塞州科學(xué)系統公司的工程師。

洪伯特希望他的研究小組開(kāi)發(fā)的技術(shù)有一天會(huì )導致滾動(dòng)或飛行的無(wú)人駕駛飛機沖刷世界各地的山洞或坍塌的地鐵隧道，并找到被困在其中的人類(lèi)幸存者。

但是首先，他和他的同事將需要通過(guò)DARPA設計的三項艱苦測試和一項決賽。

他們已經(jīng)完成了一項測試，即在賓夕法尼亞州的一個(gè)舊煤礦中進(jìn)行的搜救行動(dòng)。他們的下一次審判將在本月晚些時(shí)候進(jìn)行，并將把他們帶到華盛頓奧林匹亞附近一個(gè)廢棄的研究機構。

亨伯特說(shuō)：“看到我們所有出色的學(xué)生在現場(chǎng)實(shí)時(shí)進(jìn)行故障排除和解決問(wèn)題，真是令人印象深刻。” “該計劃肯定會(huì )帶來(lái)一些突破性的科學(xué)和工程產(chǎn)品，但我認為，持久的貢獻將是下一代現場(chǎng)機器人專(zhuān)家。”

嚴酷的世界

這些現場(chǎng)機器人專(zhuān)家中的一些人現在聚集在公用設施隧道中。

CU Boulder團隊在該區域的一個(gè)角落建立了各種運營(yíng)中心，并配有折疊桌和幾臺計算機顯示器。

“我們已經(jīng)習慣于坐在塵土中了，” 計算機科學(xué)系的研究生Michael Ohradzansky說(shuō)。

他和他的隊友在計算機中鍵入了一系列命令，附近的赫斯基(Husky)栩栩如生。它開(kāi)始從連接的走廊上滾下來(lái)，躲開(kāi)各個(gè)角度伸出的管道。不久，機器人消失在彎道周?chē)?，使它后面的空間變暗。

“所有這些都是對自主性的考驗，”計算機科學(xué)助理教授，大理石團隊成員Christoffer Heckman說(shuō)。

一旦研究人員按下按鈕，他們的機器人車(chē)輛必須能夠協(xié)同工作以執行搜索-所有這些操作都無(wú)需人工幫助。

那就是事情變得棘手的地方。

“地下環(huán)境非常惡劣，”赫克曼說(shuō)。他們沒(méi)有很好的照明。它們可能充滿(mǎn)氣體和煙霧。他們可能非常泥濘或潮濕。”

換句話(huà)說(shuō)，無(wú)人駕駛汽車(chē)在地下深處所面臨的挑戰與在實(shí)驗室甚至在城市街道上所面臨的挑戰不同。

發(fā)揮視覺(jué)效果：為了在這樣的環(huán)境中進(jìn)行觀(guān)察，Heckman和他的同事正在設計機器人，這些機器人可以使用三種不同類(lèi)型的傳感器查看周?chē)沫h(huán)境。它們包括傳統的照相機，雷達和稱(chēng)為光檢測和測距(LIDAR)的基于激光的系統。

映射也是一個(gè)大問(wèn)題。赫克曼解釋說(shuō)，該團隊的無(wú)人機將無(wú)法使用地下領(lǐng)域的GPS。這意味著(zhù)他們將不得不進(jìn)入一個(gè)全新的環(huán)境，勾勒出其曲折，甚至與其他機器人獨自交易地圖。

赫克曼說(shuō)：“當我們進(jìn)入建筑物時(shí)，人類(lèi)會(huì )自動(dòng)在他們的腦海中繪制3D地圖。” “這可以告訴您樓梯在哪里，電梯井在哪里。這些就是我們希望我們的自動(dòng)駕駛汽車(chē)從某個(gè)區域帶走的功能。”

乘飛機

當該小組于2019年8月前往賓夕法尼亞州的礦山時(shí)，他們面臨著(zhù)種種障礙。

在活動(dòng)開(kāi)始之前，DARPA在整個(gè)舞臺上隱藏了一系列物體，如實(shí)物大小的假人，紅色背包和手機。為了獲得分數，大理石隊將一批愛(ài)斯基摩犬放到了地雷中，使無(wú)人駕駛飛機可以找出并確定那些復活節彩蛋的位置。

“一旦看到一個(gè)對象，我們就可以反算它相對于起始門(mén)的位置，”計算機科學(xué)專(zhuān)業(yè)的研究生Michael Miles說(shuō)。

邁爾斯說(shuō)，當他們的一只愛(ài)斯基摩犬陷入大約一英尺的泥濘中時(shí)，他們就錯過(guò)了進(jìn)入前三名的機會(huì )。

但是他和他的同事們迫不及待地想爭取下一次機會(huì )，該機會(huì )將于2月18日在華盛頓州拉開(kāi)帷幕。第三個(gè)挑戰定于2020年8月，并在此后一年進(jìn)行最終測試。

這個(gè)月，研究人員的機器人將不得不探索幾層而不是一層，迫使他們爬上樓梯并掃描高聳的心房以尋找丟失的假人。

為了使他們能夠做到這一點(diǎn)，邁爾斯和他的團隊成員已經(jīng)將他們的幾架“愛(ài)斯基摩人”改裝為“航空母艦”。這些機器人將把飛行的四旋翼飛機拖入比賽場(chǎng)地的深處，然后發(fā)射這些無(wú)人機來(lái)探究滾動(dòng)車(chē)輛無(wú)法到達的地方。

邁爾斯說(shuō)：“對于這項挑戰，我感覺(jué)很好。” “在準備工作中，我們將每周工作70個(gè)小時(shí)，但我認為我們從上次中學(xué)到了很多東西。”

研究生Ohradzansky補充說(shuō)，漫長(cháng)的日子值得。他說(shuō)，該項目使他和他的團隊成員有機會(huì )做一些大學(xué)機器人研究人員從未做過(guò)的事情-在真實(shí)且非?；靵y的世界中測試他們的創(chuàng )作。

他說(shuō)：“許多研究人員傾向于停留在仿真領(lǐng)域，并且一切在仿真中都可以完美完成。” “與此真正不同的是，我們實(shí)際上是涉足這一領(lǐng)域，這是您面臨全新挑戰的地方。”

CU Boulder MARBLE團隊的成員還包括Ann和HJ Smead航空航天工程科學(xué)系的教授Eric Frew 。CU Denver團隊成員包括Mark Golkowski，Ron Rorrer，Jae-Do Park和Vijay Harid。