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2018-09-21 | 前沿

美国加州大学利用强化学习以使滑翔机像鸟一样翱翔

【据美国加州大学圣迭戈分校网站2018年9月19日报道】向鹰一样飞翔是人类的梦想,科学家早就发现鸟类可以借助空气中向上的暖流飞行,但是他们还不清楚鸟类是如何找到并驾驭这些热流的。为了解决这个问题,美国加州大学圣迭戈分校(UCSD)的研究人员研究了垂直风加速和滚动扭矩对鸟类翱翔的作用,并采用强化学习来训练滑翔机,使其可以凭借大气中热流自主翱翔至700米高度,为自主翱翔飞行器的研制提供了一种可直接应用的导航策略。

强化学习是一种受心理学启发的机器学习算法,代理人可根据已执行的动作和结果学习如何在环境中表现。它提供了一个适当的框架可以根据一系列随环境而做出的决策来确定有效的导航策略。在研究中,UCSD的研究人员为两米翼展的滑翔机配备了相应的飞行控制器。该控制设备通过对坡度角和俯仰角的精确控制,可实现滑翔机自主飞行策略。导航策略完全取决于滑翔机在数天的外场飞行中使用探索性行为策略收集的少量经验,而滑翔机的行为则依赖于研究人员新开发的可准确估计滑翔机附近局部垂直风加速和滚转方向扭矩的机载方法。

研究人员通过外场实验、数值模拟以及噪声估算来确定所学到的飞行策略的有效性。研究人员完成的工作包括:估算垂直风加速度、滑翔机机翼上垂直风速梯度、设计学习模块、在外场学习热气流翱翔策略、外场测试学习策略的性能,通过仿真测试不同翼展的性能、以及估算由于大气湍流引起的梯度感知噪声。

这项研究得到了美国西蒙斯基金会的支持,相关论文《Glider soaring via reinforcement learning in the field》已在Nature上发表。

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