ROBOATS：麻省理工学院的变形自主船
新功能允许“roboats”更改配置以形成弹出桥，阶段和其他结构。
麻省理工学院的机器人船队已经更新了“变形”的新功能，通过自动断开和重新组装成各种配置，在阿姆斯特丹的许多运河中形成浮动结构。
自动驾驶船 - 配备传感器，推进器，微控制器，GPS模块，摄像机和其他硬件的矩形船体 - 正在开发中，作为麻省理工学院和阿姆斯特丹高级大都市解决方案研究所（AMS研究所）正在进行的“Roboat”项目的一部分。该项目由麻省理工学院教授Carlo Ratti，Daniela Rus，Dennis Frenchman和Andrew Whittle领导。在未来，阿姆斯特丹希望这艘渡船能够巡航其165条蜿蜒的运河，运送货物和人员，收集垃圾或自行装配到“弹出式”平台 - 例如桥梁和舞台 - 以帮助缓解城市繁忙街道的拥堵。
2016年，麻省理工学院的研究人员测试了一种可以沿着运河中的预编程路径向前，向后和横向移动的船形原型。去年，研究人员设计了低成本，3D打印，四分之一规模版本的船，这些船更加高效灵活，并配备了先进的轨迹跟踪算法。 6月，他们创造了一种自动锁定机制，让船只相互瞄准并相互扣合，如果失败则继续尝试。
在上周举行的IEEE多机器人和多智能体系统国际研讨会上发表的一篇新论文中，研究人员描述了一种算法，可以使直升机尽可能有效地平滑地重塑自己。该算法处理所有规划和跟踪，使得一组游艇单元能够在一组配置中彼此解锁，行进无碰撞路径，并重新连接到新设置配置上的适当位置。
在MIT池和计算机模拟中的演示中，链接的游艇单元组将自己从直线或正方形重新排列成其他配置，例如矩形和“L”形状。实验性转换只需要几分钟。更复杂的变形可能需要更长的时间，这取决于移动单元的数量 - 可能是几十个 - 以及两个形状之间的差异。
“我们已经让现在的船只与其他船只建立和断开联系，希望将阿姆斯特丹街头的活动转移到水面上，”计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）和安德鲁的主任罗斯说。和Erna Viterbi电气工程和计算机科学教授。 “如果我们需要将材料或人员从运河的一侧送到另一侧，那么一组船可以组合在一起形成线性形状作为弹出式桥梁。或者，我们可以为花卉或食品市场创建更广泛的平台。“
加入罗斯的论文是：麻省理工学院Senseable城市实验室主任Ratti，以及实验室的第一作者Banti Gheneti，Ryan Kelly和Drew Meyers，所有研究人员;博士后新光公园;和研究员Pietro Leoni。
无碰撞轨迹
对于他们的工作，研究人员不得不通过自主规划，跟踪和连接潜水艇组来应对挑战。例如，赋予每个单元独特的能力，如何相互定位，就如何分裂和改革达成一致，然后自由行动，需要复杂的通信和控制技术，这些技术可能会使运动变得低效和缓慢。
为了实现更顺畅的操作，研究人员开发了两种类型的单位：协调员和工人。一个或多个工作人员连接到一个协调员以形成单个实体，称为“连接船舶平台”（CVP）。所有协调员和工人单位都有四个螺旋桨，一个无线微控制器，以及几个自动锁定机制和传感系统，使它们能够连接在一起。
然而，协调员还配备了导航GPS和惯性测量单元（IMU），它可以计算定位，姿势和速度。工人只有能够帮助CVP沿着路径转向的执行器。每个协调员都知道并可以与所有连接的工作人员进行无线通信。结构包括多个CVP，并且各个CVP可以彼此锁定以形成更大的实体。
在变形过程中，结构中所有连接的CVP都会比较其初始形状和新形状之间的几何差异。然后，每个CVP确定它是否保持在同一位置以及是否需要移动。然后为每个移动的CVP分配一个时间来拆卸和新形状的新位置。
每个CVP使用自定义轨迹规划技术来计算在不中断的情况下到达目标位置的方式，同时优化速度路线。为此，每个CVP预先计算移动CVP周围的所有无碰撞区域，使其旋转并远离静止CVP。
在预先计算了这些无碰撞区域之后，CVP然后找到到达其最终目的地的最短轨迹，这仍然使其不会撞击固定单元。值得注意的是，优化技术用于使整个轨迹规划过程非常有效，预计算只需要100毫秒就可以找到并改进安全路径。然后，协调员使用来自GPS和IMU的数据估计其质量中心的姿态和速度，并无线控制每个单元的所有螺旋桨并移动到目标位置。
在他们的实验中，研究人员在几种不同的变形场景中测试了三个单元的CVP，包括一个协调员和两个工人。每个场景都涉及一个CVP从初始形状解锁并移动并重新连接到第二个CVP周围的目标点。
例如，三个CVP从连接的直线重新排列 - 它们在两侧锁定在一起 - 成为前后连接的直线，以及“L”。在计算机模拟中，最多12个游艇单元例如，将矩形重新排列成正方形或从实心正方形重新排列成Z形。
扩大
实验是在四分之一大小的游艇上进行的，这些游艇的长度约为1米，宽度为半米。但研究人员认为，他们的轨迹规划算法在控制全尺寸单位时可以很好地扩展，这些单位的长度约为4米，宽度为2米。
在大约一年的时间里，研究人员计划在阿姆斯特丹市中心的NEMO科学博物馆和正在开发的地区之间的60米长的运河中使用这些渡船形成一个动态的“桥梁”。这个名为RoundAround的项目将使用直升机在整个运河上连续航行，在码头上接送乘客，当他们发现路上的任何东西时停止或重新路由。目前，在水道周围走动大约需要10分钟，但桥梁可以将时间缩短到大约两分钟。
“这将是世界上第一座由自主船队组成的桥梁，”拉蒂说。 “普通的桥梁将是非常昂贵的，因为你有船只通过，所以你需要一个打开的机械桥或一个非常高的桥梁。但我们可以连接运河的两侧[通过使用]自动船，它们成为漂浮在水面上的动态，反应灵敏的建筑。
为了实现这一目标，研究人员正在进一步开发直升机，以确保它们能够安全地抓住人，并且能够适应各种天气条件，例如大雨。他们还确保潜水艇可以有效地连接到运河的两侧，这可能在结构和设计上有很大差异。
