图 微型空中机器人集群软硬件架构图
在国家自然科学基金项目（批准号：62075224、62001454）等资助下，浙江大学控制科学与工程学院及浙江大学湖州研究院高飞副研究员、许超教授团队在空中机器人集群领域取得进展。研究成果以“全自主微型飞行机器人集群（Swarm of Micro Flying Robots in the Wild）”为题，于2022年5月5日以封面文章形式在线发表于《科学·机器人》（Science Robotics）期刊上。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abm5954。
空中机器人集群从结构化人为环境走向不确定性的野外环境是公认难题，面临三大挑战：算力受限、感知受限、通讯受限。为解决这一难题。研究团队从鸟群飞行中获得灵感，通过解耦目标函数计算中的时空参数，实现了优化变量与轨迹刻画中间变量间的线性复杂度映射，建立了高效的时空优化技术，实现了微型空中机器人集群的通行安全性、动力学可行性、时间最优性以及轨迹平滑性等特性。因此，即使在极为受限的复杂环境中，微型空中机器人集群也可在几毫秒内获得高质量轨迹，极大地提高了系统执行任务的效率和可扩展性。
该研究成果中的微型空中机器人集群不依赖外部定位和计算设施，在仅靠机载摄像头、机载计算芯片资源和传感器的情况下，突破了在野外复杂树林环境下的感知、定位及航迹生成、多智能体通讯等多项核心技术。空中机器人集群通过相互之间的无线通信，实现了轨迹共享、互相避障、协同飞行、多机目标追踪等多项任务挑战。机器人仅为手掌大小，重量小于一听可乐。实物实验中群体规模为10架，仿真中群体规模超50架。飞行器在狭窄空间避障飞行速度2.5米/秒，空旷空间达到10米/秒，滞空超过10分钟，可在复杂环境中自主到达指定位置以及返回（图）。
该研究工作实现了在超低空、强密集、无规则的自然环境中的集群自主飞行，其技术在空中机器人集群的智能性、灵巧性、协同性、鲁棒性等多个方面处于领域领先水平。