过去十年间，科学家部署了能力日益增强的水下机器人，绘制并监测海洋中的局部区域，以追踪渔业健康状况，并调查海洋栖息地和物种。总体而言，这类机器人擅长执行由人类工程师专门指定的低层级任务——而指定任务的过程对工程师来说既繁琐又耗时。
部署自主水下航行器（AUV）时，工程师往往要花大量时间编写脚本或低层级指令，以指挥机器人执行任务计划。如今，MIT工程师开发出一种新的编程方法，使机器人具备更多“认知”能力：人类可以设定高层级目标，而机器人则负责进行高层级决策，判断如何实现这些目标。
例如，工程师可以向机器人提供一份需要探索的目标地点清单及相关时间限制，还可以给出具体的物理指令，例如要求机器人与海床保持一定距离。借助MIT团队设计的系统，机器人随后可以规划任务，决定探索哪些地点、按什么顺序探索，并在规定时间内完成。如果突发事件导致机器人无法完成某项任务，它可以选择放弃该任务，或即时重新配置硬件以从故障中恢复。
3月，团队在澳大利亚西海岸附近的一次科研航次中测试了这套自主任务规划系统。在为期三周的时间里，MIT工程师与伍兹霍尔海洋研究所、澳大利亚野外机器人中心、罗得岛大学等机构的团队一起，测试了数类AUV及其协同绘制海洋环境地图的能力。
MIT研究人员在一台自主水下滑翔机上测试了该系统，并展示了机器人在接收高层级指令的同时，能够在其他多台自主航行器之间安全运行。借助该系统，滑翔机能够调整任务计划，避免妨碍其他航行器，同时仍实现最重要的科学目标。如果另一台航行器探索某个区域所用时间超过预期，滑翔机就会借助MIT系统重新安排优先事项，选择在当前位置停留更久，以避免潜在碰撞。
“我们想证明，这些航行器能够自行规划任务，并在没有人类支持的情况下独立执行、调整和重新规划任务，”MIT航空航天学教授、该任务规划系统的主要开发者Brian Williams说。“借助这个系统，我们展示了航行器能够安全地在礁区周围一路曲折航行，就像通过障碍赛道一样。”
Williams及其同事将于6月在以色列举行的国际自动规划与调度会议上介绍这套任务规划系统。
系统全面启动
开发自主任务规划系统时，Williams的团队从《星际迷航》系列作品及其中虚构星舰企业号的自上而下指挥中心汲取灵感；Williams以此为原型设计并命名了该系统。
正如虚构星舰由分层的船员团队管理，Williams的Enterprise系统也包含多个层级的决策者。例如，系统的一个组件扮演“舰长”，负责作出较高层级的决策，规划整体任务并决定何时、何地进行探索。另一个组件则充当“领航员”，规划满足任务目标的路线。最后一个组件扮演“医生”或“工程师”，自主诊断并修复问题。
Williams解释说：“我们可以给系统提供选项，比如‘去这个或那个科研地点并绘制地图’，或者‘通过声学调制解调器或卫星链路进行通信’。系统会作出这些选择，同时确保满足所有时间限制，并且沿途不会与任何物体发生碰撞。因此，它具备适应环境的能力。”
海洋中的自主能力
这套系统与Williams在火星观察者号失联后为NASA开发的一套系统类似。火星观察者号是一艘航天器，在1993年原定进入火星轨道前几天与NASA失去了联系。
Williams回忆说：“地球上有精通诊断和维修的人类操作员，他们已经准备好拯救这艘航天器，却无法与它通信。此后，NASA意识到，他们需要能够像工程师一样在认知层面进行推理的系统，而且这些系统必须搭载在航天器上。”
当时在NASA艾姆斯研究中心工作的Williams受命开发一套自主系统，使航天器能够在没有人类协助的情况下诊断并修复问题。这套系统在NASA的深空1号探测器上成功测试；该探测器于1999年飞掠一颗小行星。
Williams说：“那是首次有机会展示深空中的目标导向自主能力。这次则是有机会在海底做同样的事。”
Williams说，通过让机器人掌控高层级决策，这类系统可以让工程师腾出精力思考整体策略，同时由AUV自行确定具体任务计划。这类系统还可以减少科研航次所需的操作团队规模。从科学角度看，最重要的是，自主规划系统可以让机器人探索原本无法通行的地方。例如，借助自主系统，机器人不必始终与工程师保持联系，从而能够探索更偏远的海洋区域。
Williams说：“看看如今的海洋，我们可以利用绕地球运行的卫星，但它们无法深入海面以下太多。你可以派出船只，再让它们放出一台自主航行器，但这样能看到的东西并不多。这项技术可以提供一种观察海洋的全新方式，令人振奋。”
这项研究部分由施密特海洋科学资助。其基础技术部分由波音公司、凯克空间科学研究所、美国国防高级研究计划局和NASA提供支持。
本文由 MIT News合作发布。本文的发布并不意味着世界经济论坛认可其中的观点。
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作者：Jennifer Chu是MIT News特约撰稿人
图片：人形机器人的手正在操作控制台上的开关。路透社/Fabrizio Bensch。
