除了還未完全成熟的自動(dòng)駕駛技術(shù)，解決交通擁堵問(wèn)題還有另外一種思路：立體化的出行方式。比如紅極一時(shí)的 Uber 飛行汽車(chē)，以及，馬斯克在地下挖洞搞得風(fēng)生水起的 Boring 公司 ——“用時(shí)速 240 公里的隧道客艙，送你到機(jī)場(chǎng)，只要 1 美元！”

你確定是汽車(chē)不是飛機(jī)嗎？ 所以天上地下都有了，是不是就差水上？荷蘭的阿姆斯特丹運(yùn)河使得該市被稱(chēng)為 “北方的威尼斯”，乘游船觀光也是體驗(yàn)這座城市的最佳途徑之一。 如果河上行駛的是無(wú)人船，你還敢上船嗎？

這就是麻省理工學(xué)院 （MIT） 計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室 （CSAIL） 日前公布一個(gè)新項(xiàng)目，一艘能夠運(yùn)送乘客的自動(dòng)駕駛船。 研究人員還給這款船起了個(gè)有趣的諧音梗名字 ——Roboat II。 Roboat 是一個(gè)為期 5 年的研究項(xiàng)目，研究人員的初衷是希望通過(guò)這些自主駕駛船來(lái)改造阿姆斯特丹的運(yùn)河，比如可以用它來(lái)收集水上垃圾、運(yùn)送貨物或人員。

去年，CSAIL 研發(fā)了第一代自動(dòng)駕駛船，這些船可以根據(jù)用途的不同自動(dòng)組裝成用于各種浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。今年，CSAIL 推出了第 2 代自動(dòng)駕駛船 ——Roboat II，這是一艘可以搭載乘客的船只?！癛oboat II” 比原版更大、更智能，能夠支持更多的重量。 這艘船只有 2 米長(zhǎng)，可以搭載兩名乘客通過(guò)阿姆斯特丹的運(yùn)河。MIT 稱(chēng)之為 “疫情友好型”，因?yàn)槌丝涂梢员３职踩纳缃痪嚯x。 這艘船共有四個(gè)推進(jìn)器，可以向任何方向進(jìn)行移動(dòng)，還裝備了激光雷達(dá)、GPS 和慣性傳感器來(lái)幫助它導(dǎo)航。雖然單體船只很小，但是它依然是模塊化設(shè)計(jì)，這就意味著 Roboat II 可以由一艘領(lǐng)航船為主組裝成體積更大的船只。

MIT 將最初的 Roboat 規(guī)格定為普通船只的四分之一大小，而 Roboat II 發(fā)展到一半大小，這表明它正在慢慢發(fā)展到可以搭載 4-6 名乘客的全尺寸，據(jù)稱(chēng)，這個(gè)更大的版本已經(jīng)在阿姆斯特丹建造中，但是尚不得知其測(cè)試時(shí)間。 在阿姆斯特丹運(yùn)河中，Roboat II 自主導(dǎo)航了 3 個(gè)小時(shí)，收集數(shù)據(jù)返回了起始位置，誤差 0.17 米。

未來(lái)，MIT 的研究小組希望繼續(xù)改進(jìn) Roboat 的算法，使其能夠更好地應(yīng)對(duì)船只可能遇到的挑戰(zhàn)，比如水流和海浪的干擾。研究小組也在努力使它更有能力識(shí)別和 “理解” 它遇到的物體，這樣 Roboat 就能更好地處理與周邊環(huán)境的關(guān)系。 MIT 研究人員解釋開(kāi)發(fā)這種船的幾個(gè)原因。首先，這個(gè)項(xiàng)目背后的團(tuán)隊(duì)肩負(fù)著為荷蘭阿姆斯特丹市打造 “世界上第一支” 自主船隊(duì)的任務(wù)，所以 Roboat II 的開(kāi)發(fā)是這個(gè)義務(wù)的一部分。同時(shí)，Roboat II 也可以在全球其他城市發(fā)揮巨大的作用，只要它們有運(yùn)河或水道。

像這樣的小型自主船只可以舀起垃圾，運(yùn)送包裹，甚至作為自動(dòng)駕駛的水上出租車(chē)，將人們從一個(gè)地方運(yùn)送到另一個(gè)地方。 MIT 教授 Daniela Rus 表示，我們正在開(kāi)發(fā)可以運(yùn)送人員和貨物的 Roboat 船隊(duì)，并與其他 Roboat 連接，形成一系列自主平臺(tái)，編組成浮式平臺(tái)，例如浮橋、舞臺(tái)、更大型的運(yùn)輸平臺(tái)等等，以幫助緩解城市繁忙街道的擁堵?tīng)顩r。

無(wú)人船可以自發(fā)搭建起一座浮橋，又不會(huì)給航運(yùn)帶來(lái)太大影響，這在未來(lái)將是智慧城市的一部分 北大畢業(yè)博士為論文第一作者

目前，有關(guān) Roboat II 的這篇研究已經(jīng)在國(guó)際智能機(jī)器人與系統(tǒng)會(huì)議上展示，值得一提的是，這篇 最新論文的一作王偉是來(lái)自北大的一名博士畢業(yè)生。博士論文主要研究自主智能仿生機(jī)器人魚(yú)。 2016 年畢業(yè)后，王偉進(jìn)入 MIT 進(jìn)行博士后研究?，F(xiàn)在，王偉是 MIT Senseable City 實(shí)驗(yàn)室和 CSAIL 的高級(jí)博士后，也是 MIT 城市研究及規(guī)劃學(xué)系的研究人員。

船體之間無(wú)需通信，自主規(guī)劃路徑并且免碰撞

Roboat II 看上去像是幾個(gè)相連的矩形塊打造的 “拼圖”。長(zhǎng)方形的船體包裹著傳感器、推進(jìn)器、微控制器、攝像機(jī)和其他硬件。船體之間無(wú)需通信，跟隨者可預(yù)估領(lǐng)隊(duì)意圖并調(diào)整自己移動(dòng)軌跡。 通過(guò)運(yùn)行 SLAM 算法，利用激光雷達(dá)和 GPS 傳感器，以及用于定位、姿態(tài)和速度的慣性測(cè)量單元，船只可以進(jìn)行自我定位。控制器跟蹤來(lái)自規(guī)劃器的參考軌跡，規(guī)劃器更新其路徑以避開(kāi)檢測(cè)到的障礙。

在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，早起的想法是將一輛人類(lèi)駕駛的領(lǐng)頭車(chē)放在一串機(jī)器人車(chē)的前面。這就是所謂的列隊(duì)行駛（platooning），看起來(lái)就像一只母鵝帶領(lǐng)著一群小鵝。 這種 “跟隨領(lǐng)頭羊” 的游戲也可以應(yīng)用到水上交通，傳統(tǒng)的列隊(duì)行駛，為了獲得準(zhǔn)確的感知，需要在系統(tǒng)種每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上都設(shè)置傳感器。 而船只可以很容易接觸和串聯(lián)移動(dòng)，所以可以有比車(chē)隊(duì)串聯(lián)更復(fù)雜的安排。有了這種領(lǐng)頭 - 追隨的體系，就不必了每一個(gè)船上都設(shè)置傳感器了。

通常每個(gè) Roboat 上運(yùn)行的分布式控制器需要連接結(jié)構(gòu)的速度信息 （以結(jié)構(gòu)中心的速度表示），但 Roboat II 知道自己相對(duì)于結(jié)構(gòu)中心的位置。也就是說(shuō)，Roboat II 的算法不需要相對(duì)位置，每個(gè) Roboat II 使用自己的速度，而不是結(jié)構(gòu)中心的速度。 當(dāng)領(lǐng)隊(duì) Roboat II 開(kāi)始向給定的目的地移動(dòng)時(shí)，另一個(gè) Roboat II 可以估計(jì)領(lǐng)隊(duì)的意圖并調(diào)整自己的移動(dòng)軌跡。領(lǐng)隊(duì)船還可以通過(guò)調(diào)整輸入來(lái)引導(dǎo) Roboat II 的其余部分，而不需要兩艘船之間進(jìn)行任何通信。 研究人員計(jì)劃在未來(lái)使用人工智能來(lái)估計(jì) Roboat 的關(guān)鍵參數(shù)。他們還打算探索自適應(yīng)控制器，當(dāng)物體被放置在船上時(shí)，允許結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，船可以以各種方式 “變形” 成有用的結(jié)構(gòu)，就像一個(gè)在河面或者湖泊上的組合積木， 自動(dòng)充電也是可能的。船只可以自己插上電源，就像有自動(dòng)充電功能的掃地機(jī)器人一樣。

阿姆斯特丹高級(jí)都市解決方案研究所正在建造一個(gè) 4 米的全尺寸模型，用于在阿姆斯特丹的運(yùn)河中進(jìn)行測(cè)試。 完全自動(dòng)化是最終的目標(biāo)，該團(tuán)隊(duì)對(duì) Roboat 的未來(lái)想象是，白天路面上的基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)輸服務(wù)，到了半夜，可以在水路上繼續(xù)運(yùn)作，比如物流、垃圾管理、廢物管理等等。一個(gè)很有趣的例子 —— 荷蘭每年有 1.2 萬(wàn)輛自行車(chē) “死于” 河道中，Roboat 就可以在這方面發(fā)揮作用。 王偉表示，還希望最終將該技術(shù)應(yīng)用在其他船上實(shí)施，讓船只普遍具有自主性。

MIT 團(tuán)隊(duì)的無(wú)人駕駛船只研究已有 5 年歷史。 2016 年，該項(xiàng)目的第一款作品 Roboat 問(wèn)世，根據(jù)預(yù)寫(xiě)的路線，它已經(jīng)可以在阿姆斯特丹的運(yùn)河道里行駛。當(dāng)時(shí)其原型也在運(yùn)河上進(jìn)行了簡(jiǎn)單的測(cè)試。 到 2018 年 5 月，研究人員設(shè)計(jì)了更低成本的 3D 打印機(jī)器船，大小僅為之前版本的 1/4，這些船只相比前代更為高效靈活，還配備了先進(jìn)的軌跡跟蹤算法。 2019 年 6 月，團(tuán)隊(duì)再次研發(fā)了一種 “自動(dòng)鎖定機(jī)制”，船只會(huì)瞄準(zhǔn)目標(biāo)、相互緊扣，一旦失敗還會(huì)繼續(xù)嘗試。 2020 年，則是前文介紹的 Roboat 再次更新。

總的來(lái)說(shuō) MIT 的這個(gè)方案大大拓寬了未來(lái)無(wú)人船的商用化應(yīng)用領(lǐng)域，AI 的目的就是讓人的生活更加省時(shí)省力。除了文中所描述的一些城市應(yīng)用場(chǎng)景外，在港口轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，采用這種可編組無(wú)人平臺(tái)，可以搭建臨時(shí)碼頭，提高碼頭的空間利用率，甚至通過(guò)合理的程序優(yōu)化，可以提升裝卸效率，現(xiàn)在有很多水路因?yàn)闃蛄焊叨认拗仆ê綏l件，或者在登陸戰(zhàn)的時(shí)候，我們可以采用這種智能化平臺(tái)扮演臨時(shí)碼頭的角色，協(xié)助轉(zhuǎn)運(yùn)等等。 總之相關(guān)應(yīng)用方向有很多值得發(fā)掘，人類(lèi)只有不斷嘗試，才能知道未來(lái)是什么樣子的。

原文標(biāo)題：北大博士設(shè)計(jì)的無(wú)人駕駛船問(wèn)世！MIT歷時(shí)五年打造完工，可載人且自主規(guī)劃路徑和避障

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