让“蚂蚁”来设计公交线路

　　□本报记者　于飞　王君

　　【金陵晚报报道】一段距离之间障碍重重，如何躲避这些障碍并寻找最短的路线来回？人类可能无法做到最精确的测算。但是，在生物界中，蚂蚁却能轻而易举将这一任务完成。日前，计算机及信息学的专家就把这种“蚂蚁逻辑”应用于机器人的路径规划，在日常生活中给我们提供帮助。　　

　　也许你经常在电视上看到一些所谓的“躲避障碍机器人”，它们有的是清扫机，有的是自动拖地机，它们能在房间的地面上来回穿梭，遇到障碍物就能自动弹回来，改走其他路线，一副永远不会“迷路”的样子。在专家眼里，其实这只是“小儿科”。

　　南京师范大学数学与计算机科学学院的朱庆保教授告诉记者，以上这种躲避障碍的方法比较简单，最多就是靠传感器“感应”静态物体的位置，然后发射弹回信号。但是，真正的路径规划，是让机器人本身不但能够躲避任何静态及动态的障碍物，还能够在事先就把最合理的路线给设计出来。这一点，在面积比较大的导航空间内显得尤其重要。

　　据了解，朱庆保就一直在研究动态复杂环境下，用蚂蚁预测算法来给机器人路径做规划，虽然他是研究计算机信息这一理科领域，但这项独特的研究更取决于生物学研究的发展。

　　“蚂蚁逻辑”侵入机器人

　　蚂蚁确实拥有数学运算的能力，比如计算路程长短，加上“生物罗盘”能使蚂蚁记住“走”多少步和往哪个方向爬行。在必要时它会按相反次序“记下”路线，因此它能独自从迷宫中“走”出来。“你别看蚂蚁单个的力量很小，但是它们在群体中各司其职，这种群体职能就非常有力量。”朱庆保说。

　　朱庆保告诉记者，因为蚂蚁觅食时，在它走过的路上，会留下外激素，这些外激素就像留下路标一样，留给后来“蚁”一个路径的标志。而外激素浓度越大，引诱蚂蚁的能力就越强。科学家们对此进行过试验：用人造的外激素在纸上画上一条路径，对蚂蚁进行试验。结果蚂蚁果然都沿画有外激素的路径行走。

　　因此，国外的科学家就利用这个原理，设计了蚂蚁算法。科学家在看起来“不很有效”的蚂蚁算法中看到了未来机器人的安全保障，因为能独立选择路线的机器人或自动化装置十分复杂，它们将不可避免地出错。所以，在这种情况下，“蚂蚁逻辑”进入机器人的“思维”之中后，其性能就会比更高级生物的导航技巧做得更出色。

　　电线铺设已运用蚂蚁算法

　　朱庆保介绍，蚂蚁算法是近几年问世并逐步引起重视的一种新的全局优化仿生算法，它模仿昆虫王国中蚂蚁搜索食物的行为特征，是一种通用型随机优化方法。移动机器人在进行工作时，往往要求根据某一准则，在工作空间沿一条最优的路线行走。

　　他说，根据这一研究，他们已经掌握了一种新颖的动态复杂不确定环境下的机器人路径规划方法和动态避障蚂蚁预测算法。据称，这一方法模拟蚂蚁的觅食行为，由多组蚂蚁采用最近邻居搜索策略和趋近导向函数相互协作完成全局最优路径的搜索。在此基础上，用虚拟蚂蚁完成与动态障碍物碰撞的预测，并用蚂蚁算法进行避障局部规划。经过多次的实验表明：即使在障碍物非常复杂的地理环境下，用这种算法，也能迅速规划出优化路径，且能安全避碰。

　　朱庆保说，拥有蚂蚁算法的机器人，已经开始在交通规划、电信等部门线路埋设中进行了应用。比如，如果在南京城南铺设电线，因为地下障碍物比较多，当地下及内部的障碍被发现之后，机器人就能在短短的零点几秒钟内发现一条最优化的铺设方案。

　　让“蚂蚁”来设计公交线路

　　既然蚂蚁算法如此奇妙，那么用它来设计最方便的公交线路及帮助出租车躲避路堵，不都是很好的应用吗？朱庆保笑着告诉记者，这不是没有可能，特别是城市机动车辆越来越多，如果有一个具有强大功能的“蚂蚁算法机器人”出现，它就能帮助车主在最繁忙的时段找到最合理的出路。

　　朱庆保说，由于生物学对蚂蚁的研究还在进一步深化，因此目前的“蚂蚁算法”还停留在对静态障碍物的躲避上。“如果你要让机动车躲避障碍，就首先要找出你所经过路段中的所有障碍物，静的及动的，这个铺垫工作必不可少，但又非常庞大，所以参数的设计需要更大量的研究才能实现。”目前很多科学家都在进行这方面的尝试，相信不久的将来就可以攻关，到时候，开车的市民就可以通过这种人工智能，在上下班的路程中，寻找到家与单位之间最优化的便捷线路。

(责任编辑：宛振宏)