A21:星期天夜光杯/新智
     
本版列表新闻
人工智能学习“热气流飞翔”~~~
人工智能学习“热气流飞翔”~~~
人工智能学习“热气流飞翔”~~~
     
2018年10月14日 星期日 放大 缩小 默认   
人工智能学习“热气流飞翔”
飞机将像鸟儿一样用气流飞行
李忠东
■ 鸟儿能够通过复杂决策,进行“热气流飞翔”
■ AI未来将让飞机像鸟儿一样用气流飞行,节省能源
  在自然界中,鸟儿并不总是拍翅膀飞翔。它们在长时间的飞行过程中,经常利用上升的热气流,翱翔至高处,而不需要挥动翅膀。借助大翼展,甚至可以在高空停留数小时,并且消耗最少的能量。它们在朝着太阳、背向地球表面的上升热空气柱中的湍流环境中通过复杂决策,进行这种称作“热气流飞翔”行为。迄今为止,科学家尚不清楚鸟儿究竟是如何发现并利用这些不可预测的复杂多变气流,并且对微小的变化做出调整。如果不充分理解这一点,就很难教会飞行器在现实环境里做同样的事情。为此美国加州大学圣地亚哥分校研究人员马西莫·韦格索拉教授及其同事对于这个问题给出了一个严格的计算研究。

  所谓机器学习,是指计算机获取新的知识或技能,重新组织已有的知识结构,从而不断改善自身的性能。这是人工智能(AI)的核心,也可看作是使计算机具有智能的根本途径。为了应对上述挑战,通过机器学习训练算法来控制滑翔机以利用热量上升,韦格索拉教授及其团队将眼光瞄准机器学习中的“强化学习”。这是一种动态机器学习技术,其中的智能主体通过与其环境相互作用来学习,就像孩子学习一样:行为正确会被“奖励”,行为不当则被“惩罚”。

  研究表明,未来的自动驾驶飞机可以利用热能,而不是依赖嘈杂和能源密集的引擎提供的动力来飞行。AI能帮助我们确切地弄清楚在天空中爬升的鸟类为何做得如此之好。科学家在训练他们的算法时发现,要教导系统滑翔机平稳飞行,一些因素尤其是垂直风加速度和侧向扭矩非常重要,同样的情况可能适用于鸟类。

  这虽然不是第一次将AI用于此类任务,微软去年公布了与滑翔机类似的研究成果,但是第一次使用真实飞行的数据来更新和改善AI在该领域的表现。研究团队编写了一个程序,让两米翼展的滑翔机在加利福尼亚州波威的天空中进行了大约240次飞行训练,平均持续了大约3分钟,根据机载仪器对周围环境的测量结果,调整其在空中的俯仰和侧滚动作。

  研究团队以几天试飞总结出的经验为基础,设计了一种导航策略:将垂直风加速度和侧向扭矩(用于让滑翔机左右旋转的力)作为导航线索,寻求的奖励是最大化其爬升率(它获得高度的速度)。“滑翔机在良好的情况下能在高空停留大约45分钟。在另一些试飞中,滑翔机因风力太大无法处理,不得不过早地将它取回。”格索拉教授介绍说,“我们的滑翔机有几次受到了老鹰的攻击,还有一些老鹰和滑翔机一起利用气流爬升。”

  科学家指出,热量只是鸟类在爬升时利用的一种上升气流,其他的则是由气流溢出山脊或山峦密集的区域中的气团碰撞产生的,比如海岸和沙漠边界等地方。换句话说,仅仅因为AI可以驾驭热量产生的气流,并不意味着它已经准备好迎接自然界所提供的各种风。在真正使用AI控制飞行中的滑翔机进行实际工作之前,还有很多工作要做。未来,如果能对如何识别强大上升气流的导航线索进行补充研究,将进一步增强人类对鸟类飞行模式和动力的理解,并有助于开发更高效的远距离自主滑翔机。

  韦格索拉教授及其同事对制造AI驾驶的利用热量的自动滑翔机充满信心,这种技术还可以用于长期的科学调查和其他雄心勃勃的项目,如跟踪鸟类端到端的迁移。“通过学习如何像鸟儿一样飞翔,能了解更多关于它们生活的方方面面。”他指出,“与此同时从鸟儿身上学到许多知识,可以教我们的飞机做同样的事情。”     李忠东

     
放大 缩小 默认   
   第A01版:一版要闻
   第A02版:要闻
   第A03版:上海新闻
   第A04版:上海新闻
   第A05版:综合新闻·广告
   第A06版:新视界
   第A07版:新视界
   第A08版:文体汇
   第A09版:文体汇/人物
   第A10版:聚焦/文体汇
   第A11版:文体汇/动态·广告
   第A12版:国际新闻
   第A13版:星期天夜光杯
   第A14版:读书/星期天夜光杯
   第A15版:星期天夜光杯/夜光杯
   第A16版:夜光杯/星期天夜光杯
   第A17版:星期天夜光杯/影视
   第A18版:文艺评论/星期天夜光杯
   第A19版:星期天夜光杯/记忆
   第A20版:上海闲话/星期天夜光杯
   第A21版:星期天夜光杯/新智
   第A22版:纪实/星期天夜光杯
   第A23版:星期天夜光杯/快乐作文
   第A24版:品质生活/星期天夜光杯
缠个新绑腿 小马走起来
飞机将像鸟儿一样用气流飞行
龙宫小行星 迎来双胞胎客人
新民晚报星期天夜光杯/新智A21飞机将像鸟儿一样用气流飞行 2018-10-14 2 2018年10月14日 星期日