拿下200万美元奖金，DARPA地下挑战赛冠军机器人长啥样？轮式、腿式、飞行，多形态齐上阵！

作者 | 吴彤

编辑 | 陈彩娴

DARPA，Defense Advanced Research Projects Agency，为美国国防高级研究计划局，也是一所以军事目的的科研机构。作为引领美军科技创新的“技术引擎”，自创立以来，DARPA一直是美国国防部的核心研发部门。

可以说，美国人工智能的发展很大程度上归功于DARPA的支持。

从20世纪60年代初至今，在60余年的研究中，从最初的基础研究项目到军事应用研究，DARPA在基础研究和应用研究之间建立了平衡，先后进行了自然语言理解、感知和机器人、可解释的人工智能、下一代人工智能、人机融合、基于人工智能的网络攻击与防御技术等领域的研究。

DARPA一向具有对未来极具前瞻性，通过举办系列挑战赛，DARPA充分发掘利用民间商用前沿技术对接军事应用需求的潜力。

比赛时间线：https://www.youtube.com/watch?v=HuJGIAjuxLE

从2018年比赛至今的地下挑战赛（SubT挑战赛），终于在今年9月24日终于落下帷幕。

在SubT 系统挑战赛总决赛中，有两支队伍战绩不差毫分！第二名是CSIRO Data61与CERBERUS同样获得23分，最终以CERBERUS先于几个小时得分而获得冠军。CERBERUS团队以“四足多形态机器人”赢得DARPA地下挑战赛一等奖，200万美元！

地下挑战赛(Subterranean Challenge，SubT)在2018年由DARPA开始组织。由两条赛道组成：系统赛道和虚拟赛道，这两条赛道都分为三个子领域，即隧道、城市和洞穴赛道。虚拟竞赛的重点是开发能够参与基于模拟的活动的软件，而系统竞赛的重点是在真实野外环境中运行的物理机器人。通过人造环境和天然环境的竞赛，挑战各团队的自主和地下机器人技术的极限，为实现"开发创新技术，扩大地下作业"的目标角逐新方法。

DARPA战术技术办公室项目经理 Timothy Chung 表示，举办“SubT”挑战赛的目的就是为了在执行地下行动时获得从未有过的态势感知能力，寻求在地下环境中快速侦查、通过、搜索等任务的新方法。这些挑战的目的是为无法使用GPS和直接通信的地下环境中的急救人员开发自主机器人解决方案，同时这种为地球上的极端环境探索而开发的技术也可直接应用于空间探索。

今年，有10个团队在整个地下挑战赛中只采用了虚拟形式，争夺75万美元的最高奖金。进入地下挑战赛系统赛道决赛的队伍共有8个，涉及到的学校及组织机构有30多个，汇聚在前肯塔基石灰石矿，参与一系列复杂的地下场景竞赛。

在总决赛中，还出现了六足仿蜘蛛机器人，四轮车型机器人、履带坦克型机器人、飞行机器人

最后一场竞赛在400万平方英尺（37万平方米）的路易斯维尔巨型洞穴举行，其特点是DARPA设计的所有三个子竞赛的结合，从具有不规则通道和大型洞穴的洞穴系统到具有复杂布局的地下结构，达到几层楼高。

对于每个赛道，团队必须完成一系列目标。主要任务是搜索、检测并提供竞赛所要求的 10 到 30 件物品精确的地理参考位置。这些物品可能包括人类幸存者(人体模型)、门、电动泵、阀门、背包、灭火器、收音机或手机，以及更多抽象的东西，如煤气泄漏。团队的最终得分主要取决于他们能够找到多少物品，以及用时多长。但 DARPA 希望团队在整个过程中可以提供连续、实时的 3D 地图更新。

DARPA 强调了“SubT”的四个技术领域，包括自主、感知、网络和移动性。所有这些都是由“SubT”环境驱动的，它们包含了一系列技术挑战元素，DARPA 将使用它们来大体评估系统性能。

具体来说，以下就是参赛团队必须要面对和处理的事情：

• 严格导航：挑战包括多个级别，倾斜、循环、死角、滑动诱导地形界面和急转弯等。可见度有限，困难地形和稀疏特征的这种环境可导致显著的定位误差并且在延长的运行期间漂移。

• 降级传感：比赛包括从受限制的通道到大开口，照明区域到完全黑暗，以及潮湿到多尘的条件。感知和本体感受器将需要在这些低光、模糊或散射环境中可靠地操作，同时具有适应这种变化条件的动态范围。灰尘、雾、水和烟雾都在这个挑战元素的范围内。极端温度，火灾和有害物质预计不在范围内。

• 严密通信：有限的视距，无线电频率传播挑战以及地下环境中不同地质的影响对可靠的网络和通信链路造成严重障碍。物理竞赛阶段以及“SubT”虚拟测试平台环境旨在尽可能地涵盖这些通信限制。鼓励团队思考出克服这些约束的解决方案，包括硬件、软件、波形、协议、分布式或分散式概念或部署方法的新颖组合。

• 地形障碍：要求系统在导航一系列具有移动性的地形特征和障碍物时表现出稳健性。地形元素和障碍物可包括受约束的通道、急转弯、陡坡、倾斜、台阶、梯子以及泥沙和水。环境可包括有机或人造材料; 结构化或非结构化的构造; 完整或倒塌的结构和碎片。

• 动态地形：地形特征和障碍物还可以包括动态元素，其可以包括例如移动障碍物、移动墙壁和障碍物，落下的碎片或环境的其他物理变化，其测试系统自主性的敏捷性、反应，并可能从地图变化的可能性中恢复。

• 耐力限制：预计成功的系统需要具有 120 分钟的团队聚合耐力才能完成任务。预计每个赛道的运行时间为 60 - 90 分钟，每场总决赛的运行时间为 60 - 120 分钟。这种总体耐久性可能需要新颖的部署理念、能量感知规划、能量收集或转移技术，以及各种方法的组合以克服各种挑战元素。

在任务中，团队合作者依靠各种各样的机器人来完成任务目标。他们首先派出机器人侦察员探索环境，然后根据机器人的运动模式选择最能集体满足总体任务目标的机器人子集。

CEREBUS通过成功定位放置在不同领域内的40件文物中的23件而赢得了比赛。虽然该团队利用了多旋翼无人机和地面机器人的协作组合，但大部分工作是由苏黎世联邦理工学院的衍生公司ANYbotics制造的四个ANYmal C四足机器人完成和拍摄。除其他外，ANYmal C的四足行走步态使机器人能在不平坦的地形上移动，在被碰撞时保持稳定，甚至可以爬上和爬下楼梯。

在本次的极端环境挑战中的ANYmal C， 是一种适用于极限环境的四足行走机器人。

它像一只大型犬，重100斤，将高端计算机系统与坚固的硬件结合在一起，并配备了传感系统，可以执行搜救行动，检查和其他监视任务。

四足机器人的形态，不仅保证了它在运动过程中，身体部分的姿态会动态调整。在运动中，能以每秒1米的速度移动，管理20度斜坡和45度楼梯，跨越25厘米的间隙，并通过宽度仅为60厘米的通道。并且，它还配备了摄像头和3D传感器，包括用于3D绘图和同步定位和映射（SLAM）的激光雷达。所有这些传感器以及通过ANYmal完成的大量步态研究，使其成为最可靠的自主四足人工智能机器人之一，具有实时运动规划和避障功能。

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