圖片：科學家團隊與組成 SMuRF 系統的自主機器人

來自格拉斯哥大學、曼徹斯特大學、布里斯托爾機器人實驗室和赫瑞瓦特大學的英國工程師正在開發共生多機器人艦隊(SMuRF)系統，該系統可以幫助核電站退役。

該系統提供了一種無縫方法，使輪式、四足和空中機器人能夠協作并完成困難或危險的任務。單個人類主管可以遠程觀察機器人的行為，因為它們共享傳感器數據并結合它們的能力來比單臺機器更有效地實現結果。

SMuRF 可以為當局、監管機構和行業提供更安全、更快速的核設施監測方法，并為在充滿挑戰的環境中維護工程基礎設施開辟新的機會。最近發表在 IET Cyber??-Systems and Robotics 雜志上的一篇論文《經驗教訓：核環境的共生自主機器人生態系統》概述了研究人員如何在實際演示中部署 SMuRF。該項目在坎布里亞郡的機器人與人工智能協作 (RAICo) 工廠進行。RAICo 是英國原子能管理局 (UKAEA)、核退役管理局 (NDA)、Sellafield Ltd 和曼徹斯特大學之間的合作項目。

在演示過程中，SMuRF 成功完成了模擬放射性儲存設施的檢查任務，其中包含了真實核電退役環境中遇到的一些挑戰。機器人的協作能力是研究人員開發的復雜計算機系統的結果，他們稱之為“網絡物理系統(CPS)”。

CPS 能夠與多達 1,600 個傳感器、機器人以及其他數字和物理資產進行近乎實時的通信。它還允許具有不同能力和操作系統的機器人一起工作，最重要的是，更新人類操作員。

CPS 收集和處理的數據可以創建真實空間的 3D 數字孿生。這使得 SMuRF 能夠在空間中導航并在最少的監督下執行任務，同時通過專門設計的數字儀表板為人類操作員提供大量數據，以幫助 SMuRF 在需要時做出明智的決策。如有必要，人類操作員還可以直接控制機器人。

結合機器人的能力，它們可以完成一系列通常應用于核場地周圍輻射監測的任務，即運行后清理。這些機器人協作繪制環境地圖，使用機載傳感器創建空間的 3D 數字孿生，并得到人類操作員駕駛的無人機進一步繪制地圖的支持。

波士頓動力公司的 Spot 使用其靈活的手臂獲取工具進行更仔細的掃描，而輪式機器人 Scout 和 CARMA 則繪制了整個測試環境的輻射水平圖。CARMA 機器人成功檢測到廢物桶下方模擬的放射性液體溢出，這一檢測有助于確保在現實環境中進行適當的遏制和清理。

該論文的通訊作者、格拉斯哥大學詹姆斯·瓦特工程學院的 Daniel Mitchell 表示：“我們在這個原型 SMuRF 中編程和設計的機器人都有自己獨特的能力和局限性，以及自己的操作系統。在 RAICo 部署 SMuRF 期間，我們能夠展示機器人如何協同工作，以及我們構建的數字孿生如何為人類操作員提供卓越的態勢感知能力。”

他補充道：“這可能使它們非常適合在核檢查和退役等潛在危險環境中工作的挑戰。“人類仍然需要監督和指揮機器人車隊，但它們的高度自主性可以幫助人們在辦公桌上與機器人互動，而不用去工作現場，從而保證人們的安全。”

該論文的合著者、格拉斯哥大學網絡物理系統教授 David Flynn 補充道：“這些自主機器人艦隊具有巨大的潛力，可以承擔各種危險、骯臟、沉悶、遙遠和危險的任務。”親愛的工作……

我們研究的下一步是將更廣泛的機器人集成到我們的車隊中，使其具有更多樣化的能力來感知周圍環境、以新的方式在其中移動以及操縱物體。”

曼徹斯特大學的 Paul Baniqued 博士表示，數字架構“受到車隊管理系統的啟發，如戰略視頻游戲中所見，該系統描繪了 SMuRF 的各個成員在數字孿生環境中同時運行”。這使得操作員能夠將注意力集中在單個界面上，從而更好地理解手頭的任務。

該研究得到了工程和物理科學研究委員會(EPSRC)的資助。