从动物集群行为到群体机器人协同 | NSR综述
自然界中生物通过聚集表现出精妙绝伦的群集行为，涌现出自组织性、分布式、鲁棒性、适应性、可扩展性等群智激发汇聚特性。这主要得益于简单个体的局部交互规则，使得个体能够超越自身能力限制完成复杂的生命活动，为无人集群系统的设计带来灵感启发。近年来，研究者们逐渐揭示了鸟群、鱼群、狼群等生物群体智能行为的涌现机理，并对抽象的生物集群行为进行数学建模，以探索多种集群运动模式的产生与映射关系，成为无人系统集群自主控制应用中的热点方向和前沿领域。
近日，《国家科学评论》（National Science Review，NSR）在线发表了北京航空航天大学虚拟现实技术与系统全国重点实验室和飞行器控制一体化技术重点实验室的段海滨教授、霍梦真博士后与沈阳飞机设计研究所范彦铭研究员合作的论文“From Animal Collective Behaviors to Swarm Robotic Cooperation”。
文章以自然界中生物群体的典型智能行为出发点，阐述并分析了群体智能的起源、内涵、技术和典型应用。论文给出了从生物协同行为到无人集群协同控制的映射关系，从陆、海、空三个领域重点介绍了无人系统集群的仿生创新特别是在仿生群体智能创新技术方面的最新进展，以及推动无人集群系统人机共融领域的创新成果。讨论分析了未来无人集群系统的发展方向和应用前景。
当今，对生物群体智能理论及方法的研究更加聚焦于异构群体、个体学习能力等方面，人类干预下的生物学实验有助于深入探索群体智能机制，并依据工程应用需求建立起从生物群体行为到无人集群系统协同控制的映射机制。探索分析了自然界中的群体智能激发和汇聚机制，可克服无人系统（无人机、无人车、无人船/艇、无人潜航器等）集群目前存在的“有智无慧，有感无情，有专无通，有协无同”等关键技术瓶颈问题。
虽然人工智能作为战略性产业的纵深发展，对无人系统平台进行仿生智能设计的重视程度也日渐提升，仿生群体智能可促进无人系统平台的作业能力倍增，比如鹰眼视觉的强视力智能感知机制为解决环境感知和理解问题提供了一种创新方法，欧椋鸟群“散而不乱”的集群通讯机制为解决大规模集群组网提供了灵感借鉴。新一代人工智能的发展也更加聚焦于典型任务场景的应用，面向对抗、搜救、围捕等具体场景的无人集群竞赛也如雨后春笋，在理论与技术的试验试用中不断促进群体智能特别是生物群智关键技术的集成与推广应用。