更聪明的无人驾驶车——五角大楼路线图想使无人驾驶车感觉更灵敏、机动更灵活

美国科技人员希望在未来的数年内通过给无人车(UGVs)安装自动导航设备来提高其性能,这将会需要工程师把测地装置与软件结合起来使无人车可以快速进行决策。

到目前为至在阿富汗和伊拉克使用的数以千计的军事机器人都是遥控的,通过操作人员命令它们做几乎每件事,除了当他们翻倒之后可以自动翻转过来，或失去电台连络的时候自动地返回。

国防部数年以来都梦想着陆军拥有聪明的、能进行自我指示的机器人。自动导航机器人的提倡者对于五角大楼的联合需求监督委员会同意为地面，空中和海洋机器人制定未来25年的“无人系统路线图”充满希望，同时他们对获得对目前研究的政治支持与研究金费非常有信心。

在可能被新传感器技术改良的车辆之中包括陆军未来的“悍马”车大小的多功能后勤和设备(Multi function Utility Logistic sand Equipment MULE)无人车。洛克希德·马丁公司正陆军的未来战斗系统项目中负责研制和测试6轮的无人车。一种无人车将会携带侦察和监视传感器用于寻找与消灭离开装甲车辆的步兵。陆军也计划部署一种负责运输补给的无人车和一种可以进行排雷的无人车。预计第一批1,500辆多功能后勤和设备无人车可以在2013年或2014年通过遥控装置或全自动行驶,顿·尼姆布兰特说，对于洛克希德·马丁公司导弹和火控部无人操纵系统分部的项目发展经理。另外的6轮洛克希德车,小型的班任务支援系统,将会为步兵携带一些作战装备。小型的班任务支援系统最早可能是在2010年装备部队,尼姆布兰特说,通过“慎重的系统分配”这种班任务支援系统可能在2011-12年达到4,000部.

在自动化应用中，这些无人车以及设想的替代产品将会完全仰赖传感器和软件就像我们仰赖我们的五种感觉和大脑一样。在美军想像的未来25年机器人工程路线图中，软件的作用是非常重要的。“人类的感觉超过什么大多数的动物,但是大多数的动物比机器有较好的感觉—和—躲避障碍的能力，”罗勃特·曼德包姆，国防高级项目研究局(DARPA)学习运动项目的项目管理人说。

在无人车上，曼德包姆说,功能强大的软件将会融合来自四种主要传感器的信息，如光学摄像头、雷达、里达（ladar）和声学传感器。

声学传感器,从物体收集发射的超声波并且通过时间差计算距离,很少用于地面系统,曼德包姆说。光电射像头包括可见光谱射像头和红外光谱射像头，红外光谱射像头在夜间发现热源，主要用于发现人员和车辆引擎。雷达使用电磁波的原理声学传感器使用声音的原理相同。然后还有ladar,最新的发展方向，该技术对于推动自动地面机器人方面具有重要的作用。Ladar,或激光探测与测距(也被称为雷射雷达,或光探测与测距)的工作原理同雷达与声学传感器的工作原理相同,主要通过发射激光脉膊与测量回返时间。

由于没有传感器具有全部探测功能，所以无人车例如多功能后勤和设备无人车,必须装备多个传感器。光学的系统拥有卓越的空间分辨率,在立体图象中运算,可以使用三角测量计算距离。但是他们在穿透灰尘观察方面比不上人类。三角测量有它的范围极限,最多是照相机的光圈的100倍,曼德包姆说。这意谓着一个光学系统要具有测量一英里处目标的能力必须具有175码的宽度。雷达的长波长能看穿灰尘和雾,但是除非一建立大的发射器，否则他们的分辨率非常低,他说。

Ladar提供了出色的距离数据，但是它的短波要受到暴风雪，雾和灰尘的影响。因为每个像素都需要发射一束激光而且获得其数据,Ladar的分辨率比光学系统的分辨率要大。扫描ladar系统，如美国制造的Velodyne，以及德国制造的SICKAG，需要顺序地发射激光与获取信息,机械上也是复杂的。至少在目前，“还没有非常实用的地面机器人的ladar”用于军事领域,卡内基·美隆大学的国家机器人工程中心的项目发展主任史蒂夫·迪安东尼奥说。

“闪光ladar”,一种新型电晶体ladar,正在无人车研究中被密切关注着,迪安东尼奥说。并非像扫描ladar的序列脉冲,它突然发送大量光波群（光爆）同时收集他们。“闪光ladar”具有高分辨率,提供即时的图像,而且可以使用电晶体、体积小。但是大部分探测范围非常近。先进的科学概念公司,可能是唯一做远程的“闪光ladar”的公司,据说他们研制出了一种系统测量一英里之外目标的分辨率可以概略达到1寸。但是罗杰·斯特纳,公司的经理,说系统还没有使用到任何生产的机器人中,而且,“我认为目前的商业应用要比军事应用多。”

但这并不能说不可能有一些军事应用。在2008年4月,以麻萨诸塞州的iRobot公司，未来战斗系统的一个承包商,注册了高级科学观念公司的ladar技术。“‘闪光ladar’提供了用于规避与测距的即时高频数据,因此有关的后端处理非常少,”iRobot的政府和工业部项目发展的副经理吉姆·瑞马可舒克说,。此外,他说,“闪光ladar”有潜力更结实、更小以及相对地更便宜。他说他预计”闪光ladar”一年到二年之内将进入实用阶段,最有可能在较小的机器人上使用。

IRobot的产品将不像多功能后勤和设备无人车一样的进展快速,使近程”闪光ladar”进入不了目前的议题。但是传感器不可能太昂贵。“费用点对我们非常关键的。你不想要一个十万美元的没有人想要失去传感器,”他说。

多功能后勤和设备无人车和其它的大型无人车,可以通过GPS、接受远程操作和遥控在复杂的地形中导航。在密西根州的底特律兵工厂在陆军坦克-汽车的研究、发展和工程中心工程师正在试验军人控制的装置以及在离开-道路地带自东导航的装置。技术演示车是6.5吨、6轮“压碎者（Crusher）”底盘,国防高级项目研究局计划建造的两辆车之一在2008年结束。

NorthropGrumman机器系统公司正在研制导航系统，该导航系统包括扫描ladar,光学的系统和全球定位系统，公司的领项目总工顿·汉尔说。Ladar是障碍发现和规避的主要系统,他说,光学的系统主要为军人提供操作反馈。但是在将来，经过在数年的国防高级项目研究局赞助的测试和承包商研发之后，无人车聪明的软件将会融合来自光学的、ladar和其他的传感器的反馈，使无人车拥有比一个传感器更强的感知能力。

“传感器（光学、ladar）信息融合技术、机器学习技术和其他的技术方面取得的突破将推动机器人在离开-道路地带机动能力，”参与国防高级项目研究局无人车项目的系统计划公司经理吉姆·皮普派说。一个物体，ladar可能认为是4英尺的独石,光学系统可能认为是矮树或圆石,迪安东尼奥说。研制可以在天然地形上导航的无人系统的试验在纽约,科罗拉多和德克萨斯的陆军基地已经进行了数年,迪安东尼奥说。

这样的导航需要具备计算机系统三个主要元素,国防高级项目研究局的曼德包姆说。一是感知,将从传感器得到的原始信号转化为可使用的数据“地面车辆向北偏20度以2.5mph行驶。”其次是内部表示,使用传感器输入形成无人车的周围世界的一张3D地图,第三是规划组件，为无人车决定它之后应该怎么走。这些处理仍然是非常巨大的挑战,曼德包姆说。

皮普派说今天的技术已经是相对地成熟，不仅可以进行道路之外的导航，甚至在有许多车辆道路上也可以按照交通规则进行导航，这正是2007年国防高级项目研究局“都市的挑战”项目要研究的。它是非结构化的环境造成的问题,他说。拿巴格达市集为例,曼德包姆说-混乱的,非结构化的的和动态的,每个方向都是汽车、自行车和人。运算还不能处理这些问题,”他说。在没有人干预的情况下进行导航需要对人类的意图这样的事物的算法表示上取得飞跃,需要快速地估计好人、坏人、不可知人的环境，正如曼德包姆说的。计算机硬件或者软件是否限制问题的解决,曼德包姆也说不清楚。“我们不知道该如何处理,因此我们不知道我们需要多少处理器,”他说。