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近日，DARPA「地下挑戰賽」（Subterranean Challenge）第三階段——洞穴巡迴賽虛擬競賽活動結束，來自美國加州的協調機器人團隊（Coordinated Robotics）獲得冠軍。此次比賽重點是開發針對複雜虛擬洞穴環境進行繪製、導航和搜索的創新解決方案。
一、基本情況
隨著城市化進程持續加快，地下設施對全球安全的作用愈發重要。為支持應急人員在人造管道、城市地下空間和自然地穴網絡中執行相關任務，利用協同創新加速關鍵技術能力形成，2017年底，DARPA宣布將在2019～2021年舉辦一系列「地下挑戰賽」，目的是探索利用機器人，在複雜地下環境遂行任務，演示驗證相關方案的自主性、機動性、網絡和感知能力，推動相關技術研發，最終實現在救災或戰場作戰環境下，利用機器人遂行快速勘察、地下搜救等任務的能力。
比賽分為隧道巡迴賽、城市巡迴賽、洞穴巡迴賽、總決賽四個階段。
第一階段：隧道巡迴賽。2019年8月，在位於美國賓夕法尼亞州匹茨堡附近的國家生產安全與健康研究中心的一個礦坑內舉行，賽期8天，任務是在60分鐘內探查隧道里的環境並描繪成圖、確定40個模擬生還者與指定物品的位置。來自8個國家的11支團隊參賽，參賽設備包括：64輛無人駕駛載具、25架無人機以及一個氦氣氣球。最終，卡耐基·梅隆大學機器人研究所與俄立岡州立大學組成的探索者團隊（Team Explorer）贏得冠軍。
第二階段：城市巡迴賽。2020年2月，在美國華盛頓州西雅圖南部一個廢棄的核電站舉行，賽期7天，模擬的是在城市地下結構中執行搜救任務。與隧道搜索不同，城市地下結構含有不同的層次，包括樓梯、通道、房間、類似地鐵站台的垂直變化結構、瓦斯管道、通風口等特定環境。比賽包括兩條比賽路線，每條路線放置20個物件，每個參賽團隊需在每條賽道上完成兩次60分鐘的賽程，比賽成績是四次賽程機器人尋獲物件的總數。具體分為實體機器人和模擬系統兩類比賽，來自11個國家的17個團隊參賽。最終，由NASA噴氣推進實驗室、麻省理工學院、加州理工學院和波士頓動力公司組成的CoSTAR團隊獲得實體機器人比賽冠軍，來自密西根理工大學的BARCS團隊獲得模擬系統比賽冠軍。
第三階段：洞穴巡迴賽虛擬競賽。此次比賽原計劃2020年8月舉行，受新冠肺炎疫情影響延期至11月，且採取虛擬競賽形式。比賽方案採用了虛擬洞穴環境，包括基於雲端SubT模擬器的73個洞穴要素，這些要素構建成8個長度為1.5～5.2千米的路線，並具有自然地形、動態岩石墜落、低能見度等功能；還引入了其他仿真功能，包括：數字孿生的比賽機器人，空中和地面機器人的組合平台（輪式或履帶式機器人與四軸直升機的組合，結合了無人機在垂直空間的敏捷性和地面機器人的耐力特性），可以被機器人丟棄從而用作通信中繼的「麵包屑」節點等；參賽團隊還可配置模擬的熱傳感器、視覺傳感器、雷射雷達傳感器等仿真設備，總計涉及17個不同仿真平台和58個仿真設備。共有16個團隊參賽，每個團隊需要在8個洞穴路線上航行三次，並以不超過5米的精度定位找到隱藏在虛擬洞穴環境中的20個虛擬物件，包括背包、手機、頭盔、繩子，以及模擬礦難倖存者痕跡的「倖存者」人體模型等。最終，加州州立大學、紅杉中學等組成的協調機器人團隊贏得冠軍。
總決賽計劃2021年8月舉行，將綜合前三個階段比賽的環境條件進行設置。
二、初步認識
一是在協同創新推進力量上，強調非傳統力量的廣泛參與。美軍在科技協同創新的推進力量方面，除了注重包括產（企業）、學（高等院校）、研（科研機構）、用（用戶）和中介組織等各類創新主體在內的傳統力量，還重視非傳統力量的廣泛參與，包括小企業、學術研究機構、國際合作者、官方機構、技術愛好者、科學家等，以實現科技協同創新效益最大化。DARPA通過發起「機器人挑戰賽」等挑戰賽事，進一步凝聚技術創新企業、高校、實驗室等多方力量，並將參賽團隊帶來的新技術、新方法、新理念、新思路和新見解作為協同創新的催化劑，以激發大眾創新潛力，推動科技協同創新。特別是，高度重視小企業在科技協同創新過程中的重要作用，如美國通過實施「小企業創新研究計劃」和「小企業技術轉化計劃」，支持小企業參與國家安全領域前沿性科研工作。
二是新技術在協同創新中的戰略價值愈加顯著。受技術發展速度大大加快以及外部形勢變化（如新冠肺炎疫情）的影響，雲計算、大數據、人工智慧、建模與仿真等新技術在科技協同創新中的應用愈加深化，顯著加快了創新步伐。此次洞穴巡迴賽虛擬競賽中採用的雲端虛擬環境、數字孿生機器人；DARPA與約翰霍普金斯大學應用物理實驗室共同舉辦的「阿爾法狗斗」（AlphaDogfight Trials）挑戰賽中採用的人工智慧飛行員；DARPA針對中小企業創新確定的10個科技領域（人工智慧、自動化、通信、網絡、定向能、高超聲速、微電子、量子科學、太空、核現代化）等，核心目標都是為了發現、了解和運用最新技術，推動技術創新成果從實驗室走向戰場，最終實現利用新技術提升戰鬥力或將新技術轉化為戰鬥力，相關競賽平台的快速搭建和新技術應用引人關注。
如需轉載請註明出處：「國防科技要聞」（ID：CDSTIC）
來源 | DARPA網站
圖片 | 網際網路
作者 | 譚立忠 航天科工集團第二研究院
註：原文來源網絡，文中觀點不代表本公眾號立場，相關建議僅供參考。
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