你见过机器船吗？MIT新版ROBOAT可以自动组装

小灰灰 2022-01-11 14:25 262阅读 0赞

阿姆斯特丹运河是这座城市的重要标志，运河游船也是探索这座城市的最佳方式之一。现在，阿姆斯特丹设想了这样一种未来场景：运河河道上漂浮着大量自动船只，它们可以运载货物和人、收集垃圾，或者自组装成桥梁。为此，MIT 研究者给他们正在进行的机器船项目赋予了新能力：以彼此为目标并连接在一起，如果失败了则继续尝试直到成功。

MIT 研究者开发了一种新型锁闭系统(latching system)，机器船可以克服水流干扰，高效安全地组装在一起。

被誉为「北方威尼斯」的阿姆斯特丹拥有 165 条运河道，它们环绕着繁忙的城市街道。几年前，MIT 和荷兰先进都市解决方案协会(AMS)开始合作「Roboat」项目，旨在构建自动机器船以提供水上智能交通，从而缓解城市街道的交通拥堵。这些机器船的船体是矩形的，配备有传感器、推进器、微处理器、GPS 模块、摄像头等硬件。

如图所示，该机器船船体为矩形(长宽比为 2:1，整个船体平台的维度为 1000mm×500mm× 150mm)，每条边的中间分别有一个推进器(f1、f2、f3、f4)。船顶部是负责感知和定位的 VLP-16 激光雷达(见图 1)。该机器船还配备有 Intel Realsense 摄像头，用于检测标记，以及惯性测量单元装置(IMU)，用于测量倾斜角和速率。

Roboat 项目的目标之一就是提供新的水上交通解决方案。另一个目标是用机器船自动组建桥梁、表演舞台甚至菜场等临时场地。这些由机器船组建的场地可以在固定时间后自动「解散」，再为某些具体活动而自动组合。此外，机器船还可以用作探测器，收集阿姆的基础设施、空气和水质等数据，为城市和市民健康提供重要信息。

2016 年，MIT 研究者测试了 roboat 原型，它可以在阿姆斯特丹的运河道里游弋，能够沿着预编程的路径前后移动。去年，研究者设计了低成本的 3D 打印机器船，大小仅为之前版本的 1/4，更加高效和灵活，它还配备了先进的轨迹追踪算法。

最近，该研究的相关论文发表在了 ICRA 大会上，研究者介绍了目前这些机器船可以识别「停靠点」(docking station)并与之连接。控制算法指引机器船向目标行进，它们可以自动连接至定制化锁闭装置(latching mechanism)，且精度可达毫米级。此外，当机器船注意到自己没有与停靠点成功连接时，会重新开始尝试。

机器船连接时所用的算法，精度可达毫米级。

研究者在 MIT 的游泳池和水流稍微汹涌一些的查尔斯河里对这一锁闭技术进行了测试。在两个场景中，机器船通常能够在大约 10 秒内成功连接(从约 1 米外的位置开始尝试)，或者会在几次失败后取得成功。

室内游泳池实验图示。

室外查尔斯河实验图示。

在阿姆，该系统对夜晚垃圾收集尤为有用。机器船可以在运河道中到处游走，定位并连接至有垃圾桶的平台，然后把它们拖回垃圾收集设施。

论文一作 Luis Mateos 表示：「阿姆以前主要的交通渠道是运河，现在则是道路。运河道附近的道路非常拥挤，还有很多噪声和污染，因此阿姆斯特丹试图将更多功能重新赋予运河。而自动驾驶技术可以节省时间、成本和能源，以及推动这座城市向前。」Luis Mateos 毕业于 MIT 城市研究与规划系，现在是 MIT Senseable City Lab 的研究员。

「该项目旨在通过机器船赋能水上生活，」论文合著者、MIT CSAIL 负责人 Daniela Rus 表示，「新的锁闭机制对于创建临时水上设施至关重要。机器船的水上自动交通是不需要锁闭机制的，但是创建临时水上设施需要，不管是移动设施还是固定设施。」

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每一条机器船配备有多个锁闭装置分布在船体前后及侧面，这些装置包括球(ball)和槽(socket)组件。球组件类似于羽毛球，形状为圆锥体，橡胶材料制成，顶端有一个金属球。槽组件是一个宽漏斗，可以指引球组件进入接收器(receptor)。在漏斗中，激光束作为安全系统，负责检测球进入接收器的时间。这就激发了一种机制：槽的三个臂围拢并捕捉到球，同时将表明船只连接已完成的反馈信号发送给两艘机器船。

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