來自眾家新創(chuàng)公司與實(shí)驗(yàn)室的碰撞偵測(cè)與追蹤技術(shù)，將使得在人類與其他移動(dòng)物體周邊的協(xié)作機(jī)器人更安全。一個(gè)美國(guó)圣地亞哥大學(xué)（University of San Diego）的團(tuán)隊(duì)便開發(fā)了一種更快速的算法，能協(xié)助機(jī)器人利用機(jī)器學(xué)習(xí)避開障礙物；此外從麻省理工學(xué)院（MIT）獨(dú)立的公司Humatics，則正在開發(fā)人工智能(AI)輔助室內(nèi)雷達(dá)系統(tǒng)，能讓機(jī)器人精確追蹤人類的動(dòng)作。

圣地亞哥大學(xué)所開發(fā)的算法名為Fastron，利用機(jī)器學(xué)習(xí)來加速并簡(jiǎn)化碰撞偵測(cè)；該算法是根據(jù)一個(gè)機(jī)器人的組態(tài)空間（configuration space，C-space）模型，僅利用少量的碰撞點(diǎn)（collision points）與無碰撞點(diǎn)，來分類移動(dòng)物體的碰撞與非碰撞?，F(xiàn)有的碰撞偵測(cè)算法是運(yùn)算密集方案，因?yàn)槟切┓桨笗?huì)詳細(xì)標(biāo)明機(jī)器人與障礙物3D幾何圖形中所有的點(diǎn)，然后檢查兩者之間每個(gè)點(diǎn)可能發(fā)生的碰撞；當(dāng)那些物體移動(dòng)時(shí)，運(yùn)算量會(huì)大幅增加。

 

 

美國(guó)圣地亞哥大學(xué)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種更快速的碰撞偵測(cè)算法，有助于機(jī)器人避開障礙物
（來源：David Baillot, UC San Diego Jacobs School of Engineering）

 

Fastron算法的C-space模型扮演了以運(yùn)動(dòng)學(xué)為基礎(chǔ)（kinematic-based）的碰撞偵測(cè)代理（proxy），該算法結(jié)合了核心感知學(xué)習(xí)算法的修改以及主動(dòng)式學(xué)習(xí)算法，來減少以運(yùn)動(dòng)學(xué)為基礎(chǔ)之碰撞偵測(cè)的次數(shù)。這種算法不需要檢查每一個(gè)點(diǎn)，而是在界線（boundaries）附近檢查并分類碰撞與非碰撞；隨著物體移動(dòng)，兩者之間的分類界線也會(huì)改變，因此算法能迅速更新分類然后繼續(xù)循環(huán)。

 

Fastron演算法原理
（來源：David Baillot, UC San Diego Jacobs School of Engineering）

 

該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在仿真中證實(shí)了，代理碰撞檢查的速度是有效多面體檢查工具（polyhedral checker）的兩倍，是有效高精確度碰撞檢查工具的八倍，而且不需要GPU加速器或平行運(yùn)算；除了能應(yīng)用于工廠生產(chǎn)線，其他潛在應(yīng)用包括讓外科手術(shù)用的輔助機(jī)器手臂更安全運(yùn)作、不會(huì)在手術(shù)過程中造成干擾。

AI輔助分析平臺(tái)

新創(chuàng)公司Humatics的聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO David Mindell，也是MIT航天工程與技術(shù)史教授；該公司的產(chǎn)品經(jīng)理Stephen Toebes則是協(xié)作機(jī)器人領(lǐng)導(dǎo)廠商Rethink Robotics的前任產(chǎn)品開發(fā)兼營(yíng)運(yùn)資深副總裁。此外該公司副總裁兼首席軟件架構(gòu)師Michael Barbehenn，則在擅長(zhǎng)開發(fā)行動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的Amazon Robotics（前身為Kiva Systems）任職多年，曾擔(dān)任軟件部門副總裁。

Humatics的空間智慧平臺(tái)（Spatial Intelligence Platform）結(jié)合了一個(gè)微型定位系統(tǒng)，以廉價(jià)的RF技術(shù)與AI輔助分析軟件為基礎(chǔ)；該單一系統(tǒng)能追蹤多個(gè)移動(dòng)的應(yīng)答器（transponder）目標(biāo)，具備毫米（millimeter）等級(jí)的精確度，最長(zhǎng)距離可達(dá)30公尺。也能以連網(wǎng)方式結(jié)合多個(gè)系統(tǒng)，已覆蓋更寬廣的范圍，小至工廠的工作區(qū)，大致整個(gè)物流配送中心。

Mindell表示，該公司的目標(biāo)是以小型化、廉價(jià)的RF信標(biāo)（beacon），來打造一個(gè)支持公分（cm）與毫米等級(jí)絕對(duì)參考定位（absolute reference positioning）的世界，無論是在室內(nèi)、室外或是任何一種天候狀態(tài)；他表示："協(xié)作機(jī)器人其實(shí)并不知道人們的所在位置，要融入人類環(huán)境，它們都應(yīng)該要配備針對(duì)周圍物體的定位導(dǎo)航功能；因此我們認(rèn)為，未來的自主機(jī)器人，無論它們是車子或是工廠中的自動(dòng)化機(jī)器人，還是無人機(jī)，都會(huì)是連網(wǎng)世界的組成部分。"

雖然Humatics目前正在開發(fā)的是小型化、短距離雷達(dá)，Mindell表示："我們對(duì)于‘雷達(dá)’這個(gè)名詞有點(diǎn)矛盾，因?yàn)槲覀兊目臻g智慧平臺(tái)并非反向散射系統(tǒng)（backscatter system），而是二次雷達(dá)系統(tǒng)（secondary radar system），也就是航空管制系統(tǒng)采用的方案，又稱為信標(biāo)對(duì)信標(biāo)（beacon-to-beacon）方案。"

Mindell指出，目前該公司的系統(tǒng)可達(dá)到毫米等級(jí)精確度、單一裝置3D量測(cè)，能追蹤大量的電池供電或車輛供電小型移動(dòng)信標(biāo)，或被稱為"小精靈"（pucks）之人類、機(jī)器人移動(dòng)物體上的小型信標(biāo)；除支持毫米等級(jí)追蹤精確度，也支持非常高的更新率。

 

 

 

Humatics的空間智慧平臺(tái)號(hào)稱能讓人類與機(jī)器人更安全地并肩工作（來源：Humatics）

 

 

而Mindell透露，Humatics正在開發(fā)自家分析軟件："所有在周遭的物體都是以毫米等級(jí)移動(dòng)，因此在這個(gè)精確度的位置數(shù)據(jù)非常豐富；"其核心算法是基本的遞歸評(píng)估器（recursive estimator），具備自適應(yīng)/優(yōu)化的功能，當(dāng)它們收集了大量數(shù)據(jù)就能更妥善分析動(dòng)作以及位置信息。

Humatics系統(tǒng)采用的軟硬件技術(shù)號(hào)稱是廉價(jià)且可擴(kuò)展的，因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)界已經(jīng)讓微波與毫米波組件的成本降低，而該技術(shù)采用的標(biāo)準(zhǔn)化API則能讓其數(shù)據(jù)也被其他應(yīng)用程序與服務(wù)使用；Mindell指出，該架構(gòu)是可延伸的，因此系統(tǒng)能以連網(wǎng)方式布署于大型廠房或其他空間，以提供廣大的覆蓋范圍。該解決方案預(yù)計(jì)在2018年進(jìn)行測(cè)試，并在2019年初正式上市。