正如司機(jī)遵守道路規(guī)則一樣，大多數(shù)行人在走廊或擁擠的通道時(shí)遵循一定的社會規(guī)范：向右行駛，向左行駛，保持一個(gè)可敬的泊位，并準(zhǔn)備編織或改變航向以避免迎面而來的障礙，同時(shí)保持穩(wěn)定的步伐。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的工程師設(shè)計(jì)了一種具有“社會意識導(dǎo)航”的自動機(jī)器人，可以跟蹤人流量，同時(shí)遵守這些行人行為的一般規(guī)范。

在麻省理工學(xué)院斯塔塔中心內(nèi)部進(jìn)行的駕駛測試中，機(jī)器人類似于車輪上的膝蓋式自助終端，成功地避免了碰撞，同時(shí)保持了行人的平均流量。研究人員在一篇論文中詳細(xì)介紹了他們的機(jī)器人設(shè)計(jì)，他們將在9月份的IEEE智能機(jī)器人和系統(tǒng)會議上發(fā)表這篇論文。

“社交意識導(dǎo)航是移動機(jī)器人在需要經(jīng)常與行人互動的環(huán)境中運(yùn)行的核心功能，”Yu Fan“Steven”Chen說，他曾擔(dān)任麻省理工學(xué)院前研究生，并且是該研究的主要作者。“例如，小型機(jī)器人可以在人行道上進(jìn)行包裝和食品運(yùn)輸。同樣，個(gè)人移動設(shè)備可以在人們擁擠的大空間內(nèi)運(yùn)送人員，例如商場，機(jī)場和醫(yī)院。“

Chen的合著者是研究生Michael Everett，前博士后劉淼和Jonathan How，Richard Cockburn Maclaurin麻省理工學(xué)院航空航天教授。

社交動力

為了讓機(jī)器人在交通繁忙的環(huán)境中自主地行進(jìn)，它必須解決四個(gè)主要挑戰(zhàn)：定位(了解世界的位置)，感知(識別周圍環(huán)境)，運(yùn)動規(guī)劃(確定最佳路徑)給定目的地)和控制(物理地執(zhí)行其所需的路徑)。

陳和他的同事使用標(biāo)準(zhǔn)方法來解決本地化和感知問題。對于后者，他們?yōu)闄C(jī)器人配備了現(xiàn)成的傳感器，如網(wǎng)絡(luò)攝像頭，深度傳感器和高分辨率激光雷達(dá)傳感器。對于本地化問題，他們使用開源算法來映射機(jī)器人的環(huán)境并確定其位置。為了控制機(jī)器人，他們采用了用于驅(qū)動自動地面車輛的標(biāo)準(zhǔn)方法。

“我們認(rèn)為我們需要創(chuàng)新的領(lǐng)域是運(yùn)動規(guī)劃，”埃弗雷特說。“一旦你弄清楚你在世界的哪個(gè)位置，并知道如何跟蹤軌跡，你應(yīng)該遵循哪條軌跡?”

這是一個(gè)棘手的問題，特別是在人行道較重的環(huán)境中，個(gè)別路徑通常很難預(yù)測。作為一種解決方案，機(jī)器人專家有時(shí)會采用基于軌跡的方法，在這種方法中，他們對機(jī)器人進(jìn)行編程，以計(jì)算出滿足每個(gè)人所需軌跡的最佳路徑。這些軌跡必須從傳感器數(shù)據(jù)推斷出來，因?yàn)槿藗儧]有明確地告訴機(jī)器人他們想要去哪里。

“但這需要永遠(yuǎn)計(jì)算。埃弗雷特說，你的機(jī)器人只是要停下來，弄清楚下一步該做什么，同時(shí)這個(gè)人已經(jīng)走過它，然后決定“我應(yīng)該走向右邊”。“所以這種方法不太現(xiàn)實(shí)，特別是如果你想要更快地開車。”

其他人使用更快，“基于反應(yīng)的”方法，其中機(jī)器人使用簡單模型編程，使用幾何或物理，快速計(jì)算避免碰撞的路徑。

埃弗雷特說，基于反應(yīng)的方法存在的問題是人性的不可預(yù)測性 - 人們很少堅(jiān)持直線的幾何路徑，而是編織和徘徊，轉(zhuǎn)向迎接朋友或喝咖啡。在這樣一個(gè)不可預(yù)測的環(huán)境中，這樣的機(jī)器人往往會與人碰撞，或者看起來像是被人過度躲避。

“在實(shí)際情況下對機(jī)器人的敲擊是他們可能過于謹(jǐn)慎或具有侵略性，”埃弗雷特說。“人們沒有發(fā)現(xiàn)它們符合社會公認(rèn)的規(guī)則，比如給人們足夠的空間或以可接受的速度駕駛，并且他們得到的方式比他們幫助的更多。”

訓(xùn)練日

該團(tuán)隊(duì)找到了解決這些限制的方法，使機(jī)器人能夠適應(yīng)不可預(yù)測的行人行為，同時(shí)不斷地隨著流動而行走并遵循典型的行人行為社會準(zhǔn)則。

他們使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)，一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，在這種方法中，他們進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬以訓(xùn)練機(jī)器人采取某些路徑，給定環(huán)境中其他物體的速度和軌跡。該團(tuán)隊(duì)還將社交規(guī)范納入了這個(gè)離線訓(xùn)練階段，他們鼓勵(lì)模擬中的機(jī)器人向右傳遞，并在機(jī)器人向左傳遞時(shí)懲罰機(jī)器人。

埃弗雷特說：“我們希望它能夠在人們中間自然地進(jìn)行，而不是侵入性的。” “我們希望它遵循與其他所有人相同的規(guī)則。”

強(qiáng)化學(xué)習(xí)的優(yōu)勢在于研究人員可以執(zhí)行這些訓(xùn)練場景，這些場景需要大量的時(shí)間和計(jì)算能力，才能脫機(jī)。一旦機(jī)器人接受了模擬訓(xùn)練，研究人員就可以對其進(jìn)行編程，以便在機(jī)器人識別現(xiàn)實(shí)世界中的類似場景時(shí)執(zhí)行模擬中確定的最佳路徑。

研究人員使機(jī)器人能夠每十分之一秒評估一下環(huán)境并調(diào)整其路徑。通過這種方式，機(jī)器人可以以1.2米/秒的典型步行速度繼續(xù)在走廊中滾動，而不會暫停重新編程其路線。

埃弗雷特說：“我們并沒有計(jì)劃完成一條通往目標(biāo)的道路 - 再也沒有意義了，尤其是如果你假設(shè)世界在變化的話。” “我們只看看我們看到的東西，選擇一個(gè)速度，在十分之一秒內(nèi)完成，然后再看一遍世界，選擇另一個(gè)速度，然后再去。通過這種方式，我們認(rèn)為我們的機(jī)器人看起來更自然，并期待人們在做什么。“

維持人群秩序

埃弗雷特和他的同事在麻省理工學(xué)院Stata大樓繁忙蜿蜒的大廳里試駕機(jī)器人，機(jī)器人一次可以自動駕駛20分鐘。它隨行人流順暢地滾動，通常保持在走廊的右側(cè)，偶爾會讓人們左轉(zhuǎn)，并避免任何碰撞。

埃弗雷特說：“我們希望將它帶到人們?nèi)粘Ｉ?，上課，獲取食物的地方，我們表明我們對這一切都非常強(qiáng)大。” “有一次甚至有一個(gè)旅行團(tuán)，它完全避開了他們。”

埃弗雷特說，未來，他計(jì)劃探索機(jī)器人如何處理行人環(huán)境中的人群。

“人群的動態(tài)與個(gè)人不同，如果你看到五個(gè)人走在一起，你可能需要學(xué)習(xí)完全不同的東西，”埃弗雷特說。“可能有一種社會規(guī)則，'不要讓人過分，不要把人分開，把他們視為一個(gè)群眾。' 這是我們未來的目標(biāo)。“