强大的技术让无人机团队合作

现在退休的兰利研究中心科学家肯尼·琼斯说，甚至在万众期待的无人驾驶飞机最终升空之前，美国领空已经饱和。一个机场的延误会在整个系统中产生连锁反应，从而导致更多的延误和连接丢失。在任何给定时间，飞行基础设施都无法支持超过7,000架在美国上空飞行的飞机。然而，一旦制定法规和安全预防措施以允许无人驾驶无人机，该数字预计将激增至200万左右。

琼斯说：“我们将在一夜之间从数千增加到数百万。” “这是一个很大的问题。”

显然，无人驾驶飞机不会使用机场跑道，但是它们会使飞行路线变得复杂，尤其是对于较小的，低空飞行的飞机。

他认为可以帮助缓解该问题的一种解决方案是飞机相互交流并自主协调其行动的能力。这个想法引起了他对位于马里兰州加利福尼亚的Heron Systems Inc.的提议的兴趣，该提议希望开发软件和硬件，以使无人机能够协同分配任务和资源并计划飞行路线，为实现共同目标而共同努力，而无需借助操作员。

数十年来，飞机，尤其是航空公司，已朝着自主发展，因为自动驾驶系统已接管了越来越多的飞行员工作。琼斯指出：“起初的目标不是自主，而是拥有机器来帮助飞行员做出更好的决定。” “现在他们可以自动着陆了。”

在无人机界以及联邦航空管理局创建所谓的下一代航空运输系统的努力中，一直存在着关于是否应由中央控制员协调自主合作还是在飞机自身之间进行自主合作的争论。琼斯认为，任何自动化解决方案都将介于两者之间，但他倾向于让技术人员做出决定。

他赞赏Heron Systems似乎在考虑相同的思路，即使该公司并未特别考虑航空公司的飞行控制。他说：“ Heron快要结束了，您需要在飞机上投放本地情报以做出本地决策。”

技术转让

Heron Systems副总裁布雷特·达西(Brett Darcey)表示：“肯尼有点像偶像破坏者，”他指出琼斯也影响了该公司的做法。琼斯负责监督NASA在2015年授予该公司的两项小型企业创新研究(SBIR)合同，每个合同均由Langley和Armstrong Flight Research Center资助。

自1997年成立以来，Heron Systems一直是国防承包商，主要为海军提供测试和仿真产品及服务。但达西说，该公司想扩展业务。如今，所谓的多代理协作合作(MACE)始于2013年左右，当时该公司的软件工程师Ken Kroeger开始从事一项用于指挥和控制多架无人机的宠物项目。他具有多机器人协调的背景，最近开始与农民和能源公司进行一些无人机工作。

克罗格说：“第一个SBIR将它带入了一个比我家后院的宠物项目更可实现的领域。”

他从流行的开源机器人操作系统(ROS)的工具和软件模块入手。这不仅提供了现成的构建块集，而且现在使MACE与其他基于ROS的机器人系统兼容。(Kroeger将结果描述为一个乐高玩具套装。)Heron Systems改编了这些工具，并添加了自己的软件模块和硬件，以使多架飞机进行通信，相互跟踪并交互式地规划飞行路线并避免碰撞。

因为小型的商用无人机无法承载太多的额外重量或牺牲很多功率，所以运行MACE的硬件又小又简单-“用烙铁的工程师做不到的任何事，” Kroeger说。

基本软件 可以在开放源代码许可下免费获得，部分目的是建立用户社区和未来蜂群技术的市场，并获得反馈，例如有关最终用户想要使其适应哪种应用程序的反馈。

好处

到2018年末，仅在Heron Systems完成SBIR工作约五个月后，该公司就已从NASA，国防高级研究计划局(DARPA)和国土安全部赢得了约75万美元的后续合同。马里兰大学正在使用MACE来帮助DARPA进行工作，而弗吉尼亚理工大学正在寻求获得它的机会。

“对于一个夏天来说，这还不错，”达西说。

在美国领空，现有的飞行基础设施每天仅能管理约7,000趟航班，一旦制定了自动飞行法规，估计有200万架自动驾驶无人机将加入该空间中的飞机。NASA希望像Heron Systems的MACE软件和硬件这样的技术将帮助飞机和无人机协同工作，避免发生事故，并在最少的指导下确定飞行路线。图片来源：NASA

他看到了军事训练中的即时应用，其中虚拟环境提供了比实时训练更便宜的替代方案。虚拟战斗训练遇到的一个困难是，对模拟敌方战斗机(无论是部队，飞机还是船只)进行编程，使其具有逼真的行为。MACE软件将使虚拟战斗机的功能更像一个实际的团队。他说：“当我进入国防公司和相关计划并向他们介绍MACE时，我会引起很大的关注和关注。”

一旦无人机自治法规到位，用于监视农作物和基础设施的人群将成为一个明显的应用，达西说。这架小型飞机的电池寿命仍然很短，因此，与每20分钟左右更换一架无人机上的电池相比，部署一个小组进行实地勘测更有意义。他说：“随着市场的成熟以及我们可以合法经营大量产品，我们将能够很好地应对规模至关重要的应用。”

2018年，Langley向公司授予了另一笔SBIR合同，以创建可插入MACE并充当分配任务的虚拟“拍卖人”的算法。群中的每个“代理”将计算在给定任务上将花费的资源，并且工作将以最便宜的方式进行。投标将继续执行新任务，直到所有无人机都忙为止。“这从操作员告诉所有人该怎么做开始，”达西说。“代理商决定谁做什么。这就是目前机器人技术研究的前沿，我们渴望从最终用户的角度进行探索。”

他说，这种能力是“真正的秘密调味料，它将使MACE具有商业可行性。” 他说，与此同时，该公司继续在NASA内寻找更多的应用程序。

琼斯说，他可能会看到空中交通管制以外的用途。例如，几年前，美国宇航局的科学家发现了火星大气中甲烷的大量存在。他们想确定其起源于地面，但这不能远程完成，流动站只能覆盖地球的一小部分。但是，如果将大量简单的传感器无人机部署在地面上怎么办?

他说：“当使用一群人时，您可能会有80%的个人失败，而仍然有100%的成功。” “群集具有内置的冗余。但是您必须克服协调问题。”

达西(Darcey)表示，他希望能对该公司尚未找到的地方产生兴趣。他说：“借助SBIR，我们可以制作出既雄心勃勃又可能实现的样机。” “这笔钱足以创造新的东西并使之成熟到可行的程度。”

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