研究人員創建了一個軌跡規劃系統，使在同一空域一起工作的無人機能夠始終選擇安全的前進路徑。

當多架無人機在同一空域一起工作時，也許在玉米地上噴灑農藥，它們可能會相互碰撞。

為了幫助避免這些代價高昂的崩潰，麻省理工學院的研究人員在 2020 年推出了一個名為 MADER 的系統。這種多智能體軌跡規劃器使一組無人機能夠制定的、無碰撞的軌跡。每個代理都會廣播其軌跡，以便其他無人機知道它計劃去哪里。然后，智能體在優化自己的軌跡時會考慮彼此的軌跡，以確保它們不會發生沖突。

但是，當該團隊在真正的無人機上測試該系統時，他們發現，如果無人機沒有關于其合作伙伴軌跡的信息，它可能會無意中選擇導致碰撞的路徑。研究人員改進了他們的系統，現在正在推出Robust MADER，這是一種多智能體軌跡規劃器，即使智能體之間的通信延遲，也能生成無碰撞的軌跡。

“MADER在模擬中效果很好，但它還沒有在硬件上進行測試。因此，我們制造了一堆無人機并開始飛行。無人機需要相互通信以共享軌跡，但是一旦你開始飛行，你很快就會意識到總是有通信延遲，導致一些故障，“航空航天研究生Kota Kondo說。

該算法包含一個延遲檢查步驟，在此期間，無人機在提交新的優化軌跡之前等待特定的時間。如果它在延遲期間從其他無人機那里收到額外的軌跡信息，它可能會放棄新的軌跡并重新開始優化過程。

當近藤和他的合作者在模擬和真實無人機的飛行實驗中測試魯棒MADER時，它在產生無碰撞軌跡方面取得了的成功率。雖然無人機的飛行時間比其他一些方法慢一些，但沒有其他基線可以保證安全。

“如果你想更安全地飛行，你必須小心，所以如果你不想與障礙物相撞，你需要更多時間才能到達目的地，這是合理的。如果你與某物相撞，無論你走多快，這并不重要，因為你不會到達目的地，“近藤說。

近藤與博士后耶穌·托德西利亞斯（Jesus Tordesillas）一起撰寫了這篇論文;研究生帕克·麻省理工學院本科生雷納爾多·菲格羅亞、胡安·拉赫德和約瑟夫·默克爾;和作者喬納森·How，Richard C. Maclaurin航空航天教授，信息與決策系統實驗室（LIDS）的首席研究員，麻省理工學院-IBM沃森人工智能實驗室的成員。該研究將在機器人與自動化國際會議上發表。

規劃軌跡

MADER 是一個異步、分散、多智能體軌跡規劃器。這意味著每架無人機都會制定自己的軌跡，雖然所有代理必須就每個新軌跡達成一致，但他們不需要同時達成一致。這使得MADER比其他方法更具可擴展性，因為數千架無人機很難同時就軌跡達成一致。由于其分散的性質，該系統在無人機可能遠離中央計算機的現實環境中也能更好地工作。

借助 MADER，每架無人機都使用一種算法來優化新的軌跡，該算法結合了它從其他代理那里收到的軌跡。通過不斷優化和廣播其新軌跡，無人機避免了碰撞。

但也許一個代理在幾秒鐘前分享了它的新軌跡，但一個代理同伴沒有立即收到它，因為通信延遲了。在現實環境中，信號通常會因其他設備的干擾或暴風雨天氣等環境因素而延遲。由于這種不可避免的延遲，無人機可能會無意中承諾進入新的軌跡，使其處于碰撞路線。

強大的 MADER 可防止此類碰撞，因為每個代理都有兩條可用的軌跡。它保持一條它知道是安全的軌跡，它已經檢查了潛在的碰撞。在遵循原始軌跡時，無人機會優化新軌跡，但在完成延遲檢查步驟之前不會提交新軌跡。

在延遲檢查期間，無人機花費固定的時間反復檢查來自其他代理的通信，以查看其新軌跡是否安全。如果它檢測到潛在的碰撞，它會放棄新的軌跡并重新開始優化過程。

近藤說，延遲檢查期的長短取決于代理之間的距離和可能阻礙通信的環境因素。例如，如果代理相距數英里，則延遲檢查期需要更長。

完全無碰撞

研究人員通過運行數百個模擬來測試他們的新方法，在這些模擬中，他們人為地引入了通信延遲。在每次模擬中，Robust MADER在生成無碰撞軌跡方面成功，而所有基線都會導致碰撞。

研究人員還建造了六架無人機和兩個空中障礙物，并在多智能體飛行環境中測試了Robust MADER。他們發現，雖然在這種環境中使用原始版本的MADER會導致七次碰撞，但Robust MADER在任何硬件實驗中都沒有造成一次崩潰。

“在你真正駕駛硬件之前，你不知道什么會導致問題。因為我們知道模擬和硬件之間存在差異，所以我們使算法變得健壯，因此它在實際無人機中工作，并且在實踐中看到這一點非常有益，“近藤說。

使用Robust MADER，無人機能夠每秒飛行3.4米，盡管它們的平均行駛時間略長于某些基線。但是，沒有其他方法在每次實驗中都是完全無碰撞的。

在未來，近藤和他的合作者希望在戶外對Robust MADER進行測試，因為許多障礙物和噪音類型會影響通信。他們還希望為無人機配備視覺傳感器，以便它們可以檢測其他代理或障礙物，預測它們的運動，并將這些信息包含在軌跡優化中。

這項工作得到了波音研究與技術公司的支持。