При развертывании автономных подводных аппаратов (АНПА) большую часть времени инженер тратит на написание сценариев или низкоуровневых команд, чтобы направить робота к выполнению плана миссии. Теперь новый подход к программированию, разработанный инженерами Массачусетского технологического института, дает роботам больше «когнитивных» возможностей, позволяя людям определять цели высокого уровня, в то время как робот выполняет высокоуровневое принятие решений, чтобы выяснить, как достичь этих целей.Например, инженер может дать роботу список целевых местоположений для исследования вместе с любыми временными ограничениями, а также физическими направлениями, такими как пребывание на определенном расстоянии над морским дном. Используя систему, разработанную командой Массачусетского технологического института, робот может затем спланировать миссию, выбирая, какие места исследовать, в каком порядке и в течение заданного периода времени.
Если непредвиденное событие мешает роботу выполнить задачу, он может отказаться от этой задачи или перенастроить оборудование для восстановления после сбоя на лету.В марте команда протестировала автономную систему планирования полетов во время исследовательского круиза у западного побережья Австралии.
В течение трех недель инженеры Массачусетского технологического института вместе с группами из Океанографического института Вудс-Хоул, Австралийского центра полевой робототехники, Университета Род-Айленда и других мест протестировали несколько классов АПА и их способность совместно работать над картированием окружающей среды океана. .Исследователи Массачусетского технологического института протестировали свою систему на автономном подводном планере и продемонстрировали, что робот может безопасно работать среди ряда других автономных транспортных средств, получая при этом команды более высокого уровня. Планер, используя эту систему, смог адаптировать план своей миссии, чтобы не мешать другим машинам, при этом достигая своих самых важных научных целей. Если другому транспортному средству требовалось больше времени, чем ожидалось, для исследования определенной области, планер, используя систему MIT, переставлял свои приоритеты и предпочитал оставаться в текущем местоположении дольше, чтобы избежать потенциальных столкновений.
«Мы хотели показать, что эти аппараты могут планировать свои собственные миссии, а также выполнять, адаптировать и перепланировать их самостоятельно, без поддержки человека», — говорит Брайан Уильямс, профессор аэронавтики и астронавтики Массачусетского технологического института и главный разработчик миссии. -система планирования. «С помощью этой системы мы показали, что можем безопасно двигаться зигзагом вокруг рифа, как полоса препятствий».Уильямс и его коллеги представят систему планирования миссий в июне на Международной конференции по автоматизированному планированию и составлению графиков в Израиле.
Все системы идутПри разработке автономной системы планирования миссий группа Уильямса черпала вдохновение из франшизы «Звездный путь» и из центра управления вымышленного звездолета «Энтерпрайз» сверху вниз, в честь которого Уильямс смоделировал и назвал систему.
Подобно тому, как иерархическая команда управляет вымышленным звездолетом, система предприятия Уильямса включает уровни лиц, принимающих решения. Например, один компонент системы действует как «капитан», принимая решения более высокого уровня для планирования общей миссии, решая, где и когда исследовать. Другой компонент функционирует как «навигатор», планируя маршрут для достижения целей миссии. Последний компонент работает как «врач» или «инженер», самостоятельно диагностируя и устраняя проблемы.
«Мы можем дать системе возможность выбора, например:« Перейти к тому или иному научному месту и нанести на карту », или« Связь через акустический модем или спутниковую связь », — объясняет Уильямс. «Система делает такой выбор, но следит за тем, чтобы она удовлетворяла всем временным ограничениям и не сталкивалась ни с чем на своем пути. Таким образом, она имеет возможность адаптироваться к своей среде».
Автономность в мореСистема аналогична той, которую Уильямс разработал для НАСА после потери Mars Observer, космического корабля, который за несколько дней до запланированного вывода на орбиту Марса в 1993 году потерял связь с НАСА.«На Земле были люди-операторы, которые были экспертами в диагностике и ремонте и были готовы спасти космический корабль, но не могли связаться с ним», — вспоминает Уильямс. «Впоследствии НАСА поняло, что им нужны системы, которые могли бы мыслить на когнитивном уровне, как инженеры, но которые были бы на борту космического корабля».Уильямс, который в то время работал в Исследовательском центре Эймса НАСА, получил задание разработать автономную систему, которая позволила бы космическим кораблям диагностировать и устранять проблемы без помощи человека.
Система была успешно протестирована на зонде НАСА Deep Space 1, который пролетел мимо астероида в 1999 году.«Это был первый шанс продемонстрировать целенаправленную автономию в глубоком космосе», — говорит Уильямс. «Это был шанс сделать то же самое под водой».
Предоставляя роботам контроль над принятием решений на более высоком уровне, Уильямс говорит, что такая система позволит инженерам думать об общей стратегии, в то время как АПА определяют для себя конкретный план миссии. Такая система могла бы также уменьшить размер оперативной группы, необходимой для исследовательских экспедиций. И, что наиболее важно с научной точки зрения, автономная система планирования может позволить роботам исследовать места, которые в противном случае были бы недоступны.
Например, с автономной системой роботам может не требоваться постоянный контакт с инженерами, что позволяет транспортным средствам исследовать более удаленные уголки моря.«Если вы посмотрите на океан прямо сейчас, мы можем использовать спутники на околоземной орбите, но они не проникают глубоко под поверхность», — говорит Уильямс. «Вы можете послать морские суда, которые отправят одно автономное транспортное средство, но это мало что покажет вам.
Эта технология может предложить совершенно новый способ наблюдения за океаном, что очень интересно».