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近日，DARPA“地下挑战赛”（Subterranean Challenge）第三阶段——洞穴巡回赛虚拟竞赛活动结束，来自美国加州的协调机器人团队（Coordinated Robotics）获得冠军。此次比赛重点是开发针对复杂虚拟洞穴环境进行绘制、导航和搜索的创新解决方案。
一、基本情况
随着城市化进程持续加快，地下设施对全球安全的作用愈发重要。为支持应急人员在人造管道、城市地下空间和自然地穴网络中执行相关任务，利用协同创新加速关键技术能力形成，2017年底，DARPA宣布将在2019～2021年举办一系列“地下挑战赛”，目的是探索利用机器人，在复杂地下环境遂行任务，演示验证相关方案的自主性、机动性、网络和感知能力，推动相关技术研发，最终实现在救灾或战场作战环境下，利用机器人遂行快速勘察、地下搜救等任务的能力。
比赛分为隧道巡回赛、城市巡回赛、洞穴巡回赛、总决赛四个阶段。
第一阶段：隧道巡回赛。2019年8月，在位于美国宾夕法尼亚州匹茨堡附近的国家生产安全与健康研究中心的一个矿坑内举行，赛期8天，任务是在60分钟内探查隧道里的环境并描绘成图、确定40个模拟生还者与指定物品的位置。来自8个国家的11支团队参赛，参赛设备包括：64辆无人驾驶载具、25架无人机以及一个氦气气球。最终，卡耐基·梅隆大学机器人研究所与俄立冈州立大学组成的探索者团队（Team Explorer）赢得冠军。
第二阶段：城市巡回赛。2020年2月，在美国华盛顿州西雅图南部一个废弃的核电站举行，赛期7天，模拟的是在城市地下结构中执行搜救任务。与隧道搜索不同，城市地下结构含有不同的层次，包括楼梯、通道、房间、类似地铁站台的垂直变化结构、瓦斯管道、通风口等特定环境。比赛包括两条比赛路线，每条路线放置20个物件，每个参赛团队需在每条赛道上完成两次60分钟的赛程，比赛成绩是四次赛程机器人寻获物件的总数。具体分为实体机器人和模拟系统两类比赛，来自11个国家的17个团队参赛。最终，由NASA喷气推进实验室、麻省理工学院、加州理工学院和波士顿动力公司组成的CoSTAR团队获得实体机器人比赛冠军，来自密歇根理工大学的BARCS团队获得模拟系统比赛冠军。
第三阶段：洞穴巡回赛虚拟竞赛。此次比赛原计划2020年8月举行，受新冠肺炎疫情影响延期至11月，且采取虚拟竞赛形式。比赛方案采用了虚拟洞穴环境，包括基于云端SubT模拟器的73个洞穴要素，这些要素构建成8个长度为1.5～5.2千米的路线，并具有自然地形、动态岩石坠落、低能见度等功能；还引入了其他仿真功能，包括：数字孪生的比赛机器人，空中和地面机器人的组合平台（轮式或履带式机器人与四轴直升机的组合，结合了无人机在垂直空间的敏捷性和地面机器人的耐力特性），可以被机器人丢弃从而用作通信中继的“面包屑”节点等；参赛团队还可配置模拟的热传感器、视觉传感器、激光雷达传感器等仿真设备，总计涉及17个不同仿真平台和58个仿真设备。共有16个团队参赛，每个团队需要在8个洞穴路线上航行三次，并以不超过5米的精度定位找到隐藏在虚拟洞穴环境中的20个虚拟物件，包括背包、手机、头盔、绳子，以及模拟矿难幸存者痕迹的“幸存者”人体模型等。最终，加州州立大学、红杉中学等组成的协调机器人团队赢得冠军。
总决赛计划2021年8月举行，将综合前三个阶段比赛的环境条件进行设置。
二、初步认识
一是在协同创新推进力量上，强调非传统力量的广泛参与。美军在科技协同创新的推进力量方面，除了注重包括产（企业）、学（高等院校）、研（科研机构）、用（用户）和中介组织等各类创新主体在内的传统力量，还重视非传统力量的广泛参与，包括小企业、学术研究机构、国际合作者、官方机构、技术爱好者、科学家等，以实现科技协同创新效益最大化。DARPA通过发起“机器人挑战赛”等挑战赛事，进一步凝聚技术创新企业、高校、实验室等多方力量，并将参赛团队带来的新技术、新方法、新理念、新思路和新见解作为协同创新的催化剂，以激发大众创新潜力，推动科技协同创新。特别是，高度重视小企业在科技协同创新过程中的重要作用，如美国通过实施“小企业创新研究计划”和“小企业技术转化计划”，支持小企业参与国家安全领域前沿性科研工作。
二是新技术在协同创新中的战略价值愈加显著。受技术发展速度大大加快以及外部形势变化（如新冠肺炎疫情）的影响，云计算、大数据、人工智能、建模与仿真等新技术在科技协同创新中的应用愈加深化，显著加快了创新步伐。此次洞穴巡回赛虚拟竞赛中采用的云端虚拟环境、数字孪生机器人；DARPA与约翰霍普金斯大学应用物理实验室共同举办的“阿尔法狗斗”（AlphaDogfight Trials）挑战赛中采用的人工智能飞行员；DARPA针对中小企业创新确定的10个科技领域（人工智能、自动化、通信、网络、定向能、高超声速、微电子、量子科学、太空、核现代化）等，核心目标都是为了发现、了解和运用最新技术，推动技术创新成果从实验室走向战场，最终实现利用新技术提升战斗力或将新技术转化为战斗力，相关竞赛平台的快速搭建和新技术应用引人关注。
如需转载请注明出处：“国防科技要闻”（ID：CDSTIC）
来源 | DARPA网站
图片 | 互联网
作者 | 谭立忠 航天科工集团第二研究院
注：原文来源网络，文中观点不代表本公众号立场，相关建议仅供参考。
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