2018年韓國(guó)平昌冬奧會(huì)以驚人的燈光表演震驚世界，該表演由破紀(jì)錄的1,218架無(wú)人駕駛飛機(jī)組成，所有飛機(jī)都和諧共舞。不過(guò)，在國(guó)防部（DOD）中，顯示器激發(fā)了人們對(duì)反群戰(zhàn)術(shù)研究的興趣，因?yàn)闊o(wú)人機(jī)和群載戰(zhàn)術(shù)可以在所有作戰(zhàn)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

通過(guò)國(guó)防部提供給海軍研究生院（NPS）的資金，艾薩克·卡米納（Isaac Kaminer）教授和安倍·克拉克（Abe Clark）教授將領(lǐng)導(dǎo)反群分析工具箱的開發(fā)。該計(jì)劃得到NPS機(jī)器人與無(wú)人系統(tǒng)教育與研究聯(lián)盟（CRUSER）的支持，該組織直接響應(yīng)艦隊(duì)和部隊(duì)的研究需求。這項(xiàng)工作是在海軍研究辦公室（ONR）自主科學(xué)計(jì)劃資助的先前研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。它使Kaminer的團(tuán)隊(duì)能夠建立多所大學(xué)，多年努力，以開發(fā)可用于防御攻擊性無(wú)人機(jī)群的作戰(zhàn)計(jì)劃模擬。

卡米納解釋說(shuō):“我們正在尋找能夠盡可能精確地為這些場(chǎng)景建模的數(shù)學(xué)表示或框架。”

卡米納在機(jī)械與航空航天工程(MAE)系任教，過(guò)去10年致力于不確定參數(shù)最優(yōu)控制的研究，這是一種數(shù)學(xué)理論，為研究群對(duì)群的沖突提供了分析基礎(chǔ)。

在物理系任教的克拉克是這個(gè)項(xiàng)目的新成員。他專門研究軟物質(zhì)，研究由許多固體組成的系統(tǒng)如何相互作用(想象一堆沙子，每一粒沙子相互推擠)。為了模擬所有這些物體的集體行為，Clark和他在軟物質(zhì)領(lǐng)域的同事使用離散元法(DEM)模擬。在這些模擬中，計(jì)算機(jī)有時(shí)要花很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)確定每一粒沙子之間的相互作用。

同樣地，群是一群為了達(dá)到相同的目標(biāo)而同步工作的個(gè)體，但它也可能是由數(shù)十個(gè)或數(shù)千個(gè)相互交互的個(gè)體代理組成的。目前的群體策略大多涉及自動(dòng)車輛(AV)和人工智能(AI)，但群體也由有人駕駛的車輛進(jìn)行。

一些國(guó)家已經(jīng)開發(fā)出了通過(guò)無(wú)人機(jī)群進(jìn)行攻擊的技術(shù)，無(wú)人機(jī)群可以從陸基或水下發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射到空中。NPS自己的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)工程實(shí)驗(yàn)室(ARSENL)已經(jīng)進(jìn)行了大量的無(wú)人機(jī)研究和實(shí)驗(yàn)，包括幾年前創(chuàng)下了同時(shí)發(fā)射和飛行50架無(wú)人機(jī)的記錄。

蜂群可以通過(guò)跟隨一個(gè)或多個(gè)先導(dǎo)來(lái)引導(dǎo)，先導(dǎo)可以是實(shí)體的，也可以是虛擬的。慢慢地，命令變得更高級(jí)，能夠適應(yīng)變化。也有不同類型的飛行模式和不同的武器可能性。

考慮到如此多的變量，當(dāng)前可用的預(yù)測(cè)軟件包無(wú)法跟上，因?yàn)槊總€(gè)代理采取的所有可能途徑可能需要一段時(shí)間?？准{和克拉克已經(jīng)加入了其他幾個(gè)NPS和學(xué)術(shù)同事——博士。魏康，Johannes Royset和Sean Kragelund在NPS;德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校(UTSA)的克萊爾·沃爾頓博士;和加州大學(xué)圣克魯茲分校的龔啟博士一起尋找所有不同情況的數(shù)學(xué)表示。

克拉克帶來(lái)了他在使模擬更快速、更有效方面的專長(zhǎng)。康和龔在各自大學(xué)的數(shù)學(xué)系任教，他們?yōu)檫@些算法提供了理論支撐。龔為大規(guī)模優(yōu)化設(shè)計(jì)算法，而康則帶來(lái)了他在可觀察性數(shù)學(xué)理論方面的專業(yè)知識(shí)，該理論研究的是一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部工作如何能被一個(gè)人對(duì)系統(tǒng)行為的外部觀察的理解所決定。

“你可以看到速度和位置，根據(jù)你可以推斷出領(lǐng)導(dǎo)者的位置以及他們遵循的協(xié)調(diào)策略，”康解釋道。

Royset在NPS運(yùn)籌學(xué)(OR)部門教書，帶來(lái)了他對(duì)隨機(jī)和確定性優(yōu)化的理解，或如何在隨機(jī)或預(yù)編程代理的情況下最有效地使用資源。此外，Walton和Kragelund帶來(lái)了更多的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)最優(yōu)控制理論的理解，如Kaminer。

Kragelund是MAE系的一名研究教授，他有多年構(gòu)建和編程機(jī)器人群可能使用的那種自動(dòng)機(jī)器的經(jīng)驗(yàn)。他和卡米納參與了NPS自動(dòng)駕駛汽車研究中心(CAVR)的工作。沃爾頓在過(guò)去五年里一直在CAVR進(jìn)行研究，現(xiàn)在他正在為UTSA的團(tuán)隊(duì)建立一個(gè)額外的實(shí)驗(yàn)室，這將為數(shù)百個(gè)機(jī)器人的群體實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)測(cè)試平臺(tái)。最近的NPS畢業(yè)生Theodoros Tsatsanifos也通過(guò)他的熱情和碩士論文工作對(duì)這項(xiàng)工作做出了廣泛的貢獻(xiàn)。

該團(tuán)隊(duì)將使用優(yōu)化協(xié)議構(gòu)建針對(duì)不同類型場(chǎng)景的最佳策略的“劇本”。他們調(diào)整了最優(yōu)控制的數(shù)學(xué)理論，將不確定性包括在內(nèi)，這意味著他們?cè)跒椴淮_定性留出空間的同時(shí)，仍然為官員的決策提供反饋。

克拉克解釋說(shuō):“我們想建立一個(gè)框架，可以模擬任何特定類型的無(wú)人機(jī)和任何特定類型的武器能力，也包括一些其他的地基武器。”“然后我們希望只改變幾行代碼，我們?nèi)匀豢梢栽谡麄€(gè)框架上push play。”

麗貝卡·霍格(Rebecca Hoag)就職于大學(xué)通信學(xué)院的海軍研究生院辦公室。這篇文章由《美國(guó)海軍新聞》提供，并在此以縮寫形式轉(zhuǎn)載。原件可能在這里找到。