群体智能机器人操作系统的机理、架构与技术研究

Collective intelligence is a cutting-edge direction of artificial intelligence, and the research on Coexisting-Cooperative-Cognitive (Tri-Co) robots has become a hot research topic. Software is the carrier of collective intelligence implementations, and Collective Intelligence Robot Operating System is a fundamental and important one. This project focuses on principle, architecture and implementation of the operating system. The research originates from two scientific problems, i.e. autonomous behavior and emergence of collective intelligence, as well as morphable system and distributed architecture. Based on Complex Adaptive System (CAS) theory, we will study the principles of: Adaptive Agents construction and their “Observe-Orient-Decide-Act (OODA)” behavior chain, the morphable system and distributed architecture for adaptive agent aggregation, the algorithms of collective perception, collective learning, collective game and collective dynamics. We will break through several key technologies: the scalable morphable and distributed architecture, the self-organizing network and real-time wireless communication, the “physical-, information-, cognitive- and social-domain” heterogeneous resource abstraction and management, the OODA-behavior-chain based collective behavior management, the group-aware data management, and collaborative task management, etc. We will then design and implement the prototype of the Collective Intelligence Robot Operating System, and by combining simulation and experimentation, apply it on tens of robots.

群体智能是人工智能领域的前沿发展方向，共融机器人（Tri-Co Robots）已成为国际研究热点。实现群体智能的载体是软件，本项目将研究群体智能机器人操作系统这一核心基础软件的机理、架构与技术。面向自主行为与群体智能涌现机理和多态体系与分布架构两大科学问题，以复杂适应系统理论为指导，研究适应性主体构建及其“观察-判断-决策-行动（OODA）”行为链机理，研究适应性主体聚合的多态体系与分布架构机理，研究群体感知、群体学习、群体博弈、群体动力等群体智能算法，攻克可扩展多态分布体系架构、群体自组织网络与实时无线通信技术、“物理域、信息域、认知域、社会域”异构资源一致抽象与管理、基于OODA行为链的群体行为管理、群体感知的数据管理和群体协同的任务管理等关键技术，设计实现群体智能机器人操作系统原型，采用模拟仿真与实物验证相结合的方案，实现几十到上百数量规模的机器人群体行动验证。

本项目以“共融机器人基础理论与关键技术研究”重大研究计划指南为基础，面向机器人和机器人之间的共融基础理论和关键技术展开研究，针对“群体智能的聚合和涌现”科学问题，探索群体机器智能的内涵机理，突破群体机器智能的结构性、适应性和涌现性等性质和机理；开展了群体智能机器人操作系统的基础概念和模型的原始创新，提出了基于“角色”的控制抽象和基于“场景”的数据抽象概念；面向机器人和机器人集群的资源管理和行为管理，创新设计了以“信息、物理、认知、社会”四域资源管理和“观察-判断-决定-行动”行为管理为核心的可扩展多态分布架构；突破了群体感知数据管理、群体协同任务管理、群体自组织网络与实时无线通信技术、实时增强架构和异构资源一致抽象与管理等核心关键技术；研制了群体智能机器人操作系统的软件原型，开发了面向无人系统集群的模拟仿真调测试环境，并针对国防安全领域背景开展了一些学术性仿真验证和实物实验。本项目成果能够有效应对国际主流机器人操作系统面临的多态资源一致抽象与管理、复杂环境适应、群体机器人协同、人机协同等问题和挑战，有助于提升我国机器人研究的整体创新能力和国际影响力。