群体机器人帮助自动驾驶汽车避免碰撞

开发自动驾驶车辆的公司的首要任务是确保它们可以安全地行驶并避免发生碰撞或引起交通堵塞。西北大学通过开发第一个具有碰撞-free和死锁-free保证的去中心化算法，将这一现实向前推进了一步。

研究人员在模拟的1,024个机器人和实验室中的100个真实机器人群中测试了该算法。仅仅一分钟内，机器人就能够可靠、安全、有效地汇聚成一个预定的形状。

西北大学的迈克尔·鲁本斯坦（Michael Rubenstein）领导了这项研究。他是西北大学麦考密克工程学院的计算机科学教授。

“如果你有很多自动驾驶车辆在道路上行驶，你不希望它们相互碰撞或陷入死锁，”鲁本斯坦说。“通过了解如何控制我们的群体机器人形成形状，我们可以了解如何控制自动驾驶车辆之间的交互。”

该论文将在本月晚些时候发表在《IEEE机器人学报》上。

使用一群小型机器人而不是一个大型机器人或由一个机器人领导的群体，有一个优势，即没有集中控制。集中控制可能成为故障的主要原因，鲁本斯坦的去中心化算法起到了保险作用。

“如果系统是集中式的，而一个机器人停止工作，那么整个系统就会失败，”鲁本斯坦说。“在去中心化系统中，没有一个领导者告诉所有其他机器人该做什么。每个机器人都做出自己的决定。如果一个机器人在群体中失败，群体仍然可以完成任务。”

为了避免碰撞和堵塞，机器人相互协调。机器人下的地面作为算法的网格，每个机器人都知道它在网格上的位置，这得益于类似GPS的技术。

在从一个位置移动到另一个位置之前，每个机器人依赖于传感器与其他机器人进行通信。通过这样做，它可以确定网格上的其他空间是否是空的还是被占用的。

“机器人拒绝移动到一个位置，直到该位置是空的，并且知道没有其他机器人移动到同一个位置，”鲁本斯坦说。“它们很小心，提前预订一个空间。”

机器人能够相互通信以形成一个形状，这是由于机器人的近视性。

“每个机器人只能感知它最近的三个或四个邻居，”鲁本斯坦解释说。“它们不能看到整个群体，这使得系统更容易扩展。机器人在本地交互以做出决定，而不需要全局信息。”

100个机器人可以在一分钟内协调形成一个形状，相比之下，一些以前的方法需要一个小时。鲁本斯坦希望他的算法能够应用于自动驾驶车辆和自动化仓库。

“大公司有仓库，里面有成百上千个机器人执行与我们实验室中的机器人类似的任务，”他说。“他们需要确保机器人不会相互碰撞，但要尽快移动到交付物品给人类的位置。”