太空无人机首次实现单眼测距 依靠监督学习算法

时间:2019-05-17    点击量:

丁子璇

尽管人们一直都在努力用单眼判断距离的远近,但是我们还是不太清楚,我们究竟是如何获得这样的能力的。同样的,我们也不清楚机器人的学习方式是否与我们一样。为了搞清楚这一点,日前,欧洲航天局(ESA)高级概念小组(ACT)、MIT以及代尔夫特理工大学的Micro Air Vehicles Lab 进行了合作,在国际空间站进行了一项实验。实验中,一架小型无人机成功自学了单眼测距的能力。这项研究成果由科学家们在第67届国际宇航大会(IAC)上进行了展示。

“在欧洲航天局,尤其是在高级概念小组,我们已经为这个目标奋斗了五年。在太空环境下,机器学习是实现自主性的一个重要方法:失败的学习结果将决定整个任务的成败。我们的办法基于自我监督学习算法,不但可靠性极高,还可以帮助无人机获得自主性。要知道,类似的学习算法已经成功运用在了关乎老司机生命安全的自动行驶车辆上。”也就是说,这项实验是他们研发高级AI五年大计的最后一步,简直喜大普奔。

实际上,这项实验对未来的研发工作而言意义非凡。欧洲航天局高级概念小组的总管Leopold Summerer评论道:

“这是我们向真正的太空自主系统迈出的第一步,它对深度太空探索、复杂运作、降低造价、提供性能以及探索全新的机会都有巨大的意义。”

这篇发表在IAC的论文题目叫作。文中描述了在整个实验过程中,那架小型无人机是如何通过它的两只“眼睛”(其实就是两台立体视觉摄像机),记录它周围的立体视觉信息,并借助这些信息,在国际空间站内实现自我导航的。如果它要判断自己与墙壁或是障碍物之间的距离的话,立体视觉摄像机就会关闭。如此一来,它就可以用一只“眼睛”(一台摄像机)开启自主的探索行动了。

无论是《太阳的后裔》里枪法扎实的宋仲基,还是《W两个世界》里的射击冠军李钟硕,妹子们一定都对那些一发子弹一个准的欧巴爱得不要不要的。他们在射击的过程中,都是先闭上一只眼睛,然后用单眼瞄准目标,全神贯注的样子简直帅炸天。

“我的初衷是献身航天科学事业,但没想到的是,我贡献给太空学习机器人的一切竟然超越了我最初的梦想!”

在这项在轨实验中,研究人员研发的 欧洲航天局五年 AI 计划收官曾在代尔夫特理工大学 CyberZoo的四轴无人机身上进行了完整的测试,实用价值和稳定性均得到证实。

这项无人机实验是Kevin van Hecke硕士论文研究的内容。他也曾经在MIT Space Systems Lab 中,将无人机学习项目转化为SPHERES亟需的软件设备。Hecke激动地表示:

“但是对人类而言,一旦我们识别出了远处的物体是一辆车的话,我们就知道它大致的外表特征了。这么一来,我们就可以通过这些特征信息来判断,这辆车到底离我们有多远。这个原理被我们运用在了无人机实验当中。”只有在没有特定方向的零重力环境下,我们才能帮助无人机克服这个难题。

太空无人机首次实现单眼测距 依靠监督学习算法

太空无人机首次实现单眼测距 依靠监督学习算法

“当我们第一次看到,在太空中进行实验的无人机利用了高端的AI技术时,激动之情溢于言表。”来自欧洲航天局高级概念小组Dario Izzo 说道。

要知道,当我们闭上一只眼睛时,还是可以分辨出某个特定的物体离我们是近还是远,但是这对机器人来说是非常难实现的。“根据数学原理,只要机器人之前没有做过类似的判断,它们就不可能从单张图片判断出物体之间的距离。”代尔夫特理工大学的Guido de Croon和负责实验的主要研究员表示。

太空无人机首次实现单眼测距 依靠监督学习算法

实验中运用的小型无人机是国际空间站中同步位置保持参与和重新定位实验卫星(SPHERES)无人机之一。SPHERES具备全方位旋转功能,12个二氧化碳推进器具备操控力和推进力,另外,它们还可以让卫星在国际空间站的零重力环境中具备强大的精准度。MIT Space Systems Laboratory,NASA, DARPA和Aurora Flight Sciences一起研发并运行了SPHERES系统,如此一来,安全靠谱并且可回收的零重力平台才得以测试卫星的感应、控制以及自主性技术。这些技术的发明让全新的卫星系统的诞生成为可能。