隨著邊緣AI在各行各業(yè)的落地，全球各國(guó)/地區(qū)正在進(jìn)行“群體智能”項(xiàng)目研究。目前，歐洲各國(guó)和美國(guó)、韓國(guó)的相關(guān)機(jī)構(gòu)均有針對(duì)“智能群體”進(jìn)行合作，可以預(yù)期的是，在未來(lái)的工廠車(chē)間中，自主機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫協(xié)作。

邊緣AI正帶動(dòng)群體機(jī)器人商用

在意大利比薩的國(guó)家大學(xué)電信聯(lián)盟(CNIT)實(shí)驗(yàn)室，F(xiàn)ilippo Cugini的研究團(tuán)隊(duì)正致力于開(kāi)發(fā)具備邊緣智能通信與協(xié)作能力的自主移動(dòng)機(jī)器人。該實(shí)驗(yàn)室通過(guò)模擬戴爾科技公司工廠車(chē)間環(huán)境，部署三臺(tái)搭載攝像頭與遙測(cè)設(shè)備的機(jī)器人，構(gòu)建了一個(gè)動(dòng)態(tài)測(cè)試平臺(tái)，用于驗(yàn)證軟硬件在邊緣智能架構(gòu)下的機(jī)器人群體行為控制能力。

“我們通過(guò)重現(xiàn)真實(shí)的工廠運(yùn)行區(qū)域，精準(zhǔn)評(píng)估機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的避障響應(yīng)機(jī)制。”CNIT研究負(fù)責(zé)人Filippo Cugini解釋道，“例如當(dāng)人員進(jìn)入實(shí)驗(yàn)區(qū)時(shí)，機(jī)器人能實(shí)時(shí)識(shí)別并觸發(fā)安全停機(jī)程序。”

戴爾科技公司為該項(xiàng)目提供了專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，并強(qiáng)調(diào)工業(yè)場(chǎng)景對(duì)動(dòng)態(tài)資源接入的需求：“在這些環(huán)境中，設(shè)備必須具備秒級(jí)響應(yīng)能力，同時(shí)確保端到端的安全驗(yàn)證機(jī)制。”

作為歐盟資助的SmartEdge項(xiàng)目核心成員，CNIT與包括西門(mén)子、博世、英偉達(dá)等在內(nèi)的16家產(chǎn)學(xué)研合作伙伴，共同探索去中心化制造系統(tǒng)的演進(jìn)路徑。該項(xiàng)目自2023年1月啟動(dòng)以來(lái)，已開(kāi)發(fā)出支持邊緣智能的低代碼編程工具鏈，并通過(guò)英偉達(dá)BlueField-2硬件加速器實(shí)現(xiàn)安全高效的網(wǎng)絡(luò)連接。

Cugini的研究是SmartEdge項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)部分的核心內(nèi)容。SmartEdge是一個(gè)由歐盟資助的聯(lián)合研發(fā)項(xiàng)目，總金額達(dá)920萬(wàn)歐元，旨在開(kāi)發(fā)支持邊緣智能、制造業(yè)、汽車(chē)及醫(yī)療保健領(lǐng)域的語(yǔ)義低代碼編程工具。該項(xiàng)目于2023年1月啟動(dòng)，目標(biāo)是探索如何將傳統(tǒng)集中式制造系統(tǒng)演進(jìn)為由自主移動(dòng)機(jī)器人組成的群體化系統(tǒng)。這些機(jī)器人能夠在邊緣節(jié)點(diǎn)完成實(shí)時(shí)通信與協(xié)作，同時(shí)最大限度地減少對(duì)人類(lèi)操作和中央控制系統(tǒng)的依賴。

自項(xiàng)目啟動(dòng)以來(lái)，來(lái)自工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的16家合作伙伴(包括西門(mén)子、博世、英偉達(dá)、德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)、英國(guó)牛津大學(xué)、德國(guó)弗勞恩霍夫開(kāi)放通信系統(tǒng)研究所、戴爾科技公司及CNIT)已共同探索出實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的路徑。

西門(mén)子聯(lián)合戴爾科技公司與柏林工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)了支持邊緣智能的語(yǔ)義化低代碼工程工具鏈。這種極簡(jiǎn)編碼框架通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)降低了去中心化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)門(mén)檻，使企業(yè)能夠快速部署邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，同時(shí)簡(jiǎn)化了從傳感器到執(zhí)行器的端到端開(kāi)發(fā)流程。最近，歐盟創(chuàng)新雷達(dá)(Innovation Radar)認(rèn)定該工具鏈已具備市場(chǎng)應(yīng)用條件，該計(jì)劃專(zhuān)門(mén)識(shí)別具有高潛力的創(chuàng)新技術(shù)。

與此同時(shí)，博世團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于高級(jí)計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法的研發(fā)，其視覺(jué)感知系統(tǒng)已在工業(yè)分揀和質(zhì)量檢測(cè)場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)亞像素級(jí)精度。英偉達(dá)則通過(guò)其BlueField-2 DPU(數(shù)據(jù)處理單元)為項(xiàng)目提供了硬件加速支持，以實(shí)現(xiàn)高性能、高安全性的網(wǎng)絡(luò)連接。正如Cugini所強(qiáng)調(diào)："CNIT、柏林工業(yè)大學(xué)、牛津大學(xué)及弗賴堡大學(xué)與英偉達(dá)的合作，正在將網(wǎng)絡(luò)加速能力從傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心擴(kuò)展到邊緣設(shè)備。"

作為工作的一部分，Cugini及其團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一種軟件層，可以對(duì)設(shè)備的底層硬件進(jìn)行編程。他指出，這一額外的軟件層負(fù)責(zé)管理機(jī)器人之間的通信，同時(shí)執(zhí)行安全驗(yàn)證并防止消息被攔截。

為什么群體機(jī)器人依賴邊緣人工智能？據(jù)研究人員稱，邊緣人工智能結(jié)合了邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)，能夠在本地實(shí)時(shí)完成數(shù)據(jù)收集、處理、分析和決策，從而大幅降低延遲。對(duì)于需要毫秒級(jí)響應(yīng)的機(jī)器人操作(如避免碰撞)，邊緣人工智能的實(shí)時(shí)性至關(guān)重要。相比之下，基于云的人工智能由于網(wǎng)絡(luò)延遲較高，無(wú)法滿足這種快速響應(yīng)的需求，導(dǎo)致其在執(zhí)行此類(lèi)任務(wù)時(shí)速度過(guò)慢。

Cugini及其團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目全程關(guān)注延遲限制，特別是額外軟件層的影響。研究顯示，輕量級(jí)軟件層不會(huì)顯著增加群體網(wǎng)絡(luò)的延遲，同時(shí)群體網(wǎng)絡(luò)能夠在不到1秒內(nèi)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化。這一優(yōu)化設(shè)計(jì)確保了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和適應(yīng)性。

“為了實(shí)現(xiàn)額外的安全性、動(dòng)態(tài)性和總體的網(wǎng)絡(luò)能力，我們所增加的額外延遲在很大程度上取決于底層硬件，”他說(shuō)，“如果使用價(jià)格僅為幾十歐元的樹(shù)莓派，其性能與家用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)，但如果使用強(qiáng)大的英偉達(dá)數(shù)據(jù)處理單元，我們就能實(shí)現(xiàn)每秒100吉比特或更快的速度。”

目前，實(shí)驗(yàn)已覆蓋多達(dá)20個(gè)自主機(jī)器人的群體，模擬規(guī)模可達(dá)1,000個(gè)。Cugini表示，工廠車(chē)間無(wú)需同時(shí)容納1,000臺(tái)設(shè)備，但在汽車(chē)用例中，目標(biāo)是支持約1,000臺(tái)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的群體協(xié)作。他強(qiáng)調(diào)，SmartEdge項(xiàng)目在多個(gè)層面實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新，推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

各國(guó)出現(xiàn)更多群體智能項(xiàng)目

隨著邊緣人工智能與群體智能的潛力不斷顯現(xiàn)，相關(guān)研究正在加速推進(jìn)。例如，2024年1月啟動(dòng)的Swarmchestrate項(xiàng)目，由歐盟地平線歐洲(Horizon Europe)計(jì)劃、英國(guó)研究與創(chuàng)新機(jī)構(gòu)(UKRI)和韓國(guó)國(guó)家研究基金會(huì)(NRF)共同資助，總金額達(dá)550萬(wàn)歐元。該項(xiàng)目旨在分布式云到邊緣基礎(chǔ)設(shè)施中創(chuàng)建和管理相互連接的群體，實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景包括洪水預(yù)防和停車(chē)位管理，展示了網(wǎng)絡(luò)邊緣傳感器如何高效處理大量數(shù)據(jù)。

2024年1月啟動(dòng)的Discover-US項(xiàng)目獲得了歐盟100萬(wàn)歐元的資金支持，旨在加強(qiáng)跨大西洋地區(qū)在分布式計(jì)算和群體智能領(lǐng)域的聯(lián)盟合作。項(xiàng)目協(xié)調(diào)人、比利時(shí)根特大學(xué)的Koen De Bosschere表示：“Discover-US的名字具有雙重含義，美國(guó)研究人員通過(guò)項(xiàng)目‘發(fā)現(xiàn)我們’在歐洲，而歐盟研究人員則通過(guò)項(xiàng)目‘發(fā)現(xiàn)’美國(guó)的研究。”

Discover-US項(xiàng)目正在構(gòu)建一個(gè)由來(lái)自歐盟和美國(guó)的80名研究人員組成的網(wǎng)絡(luò)。項(xiàng)目合作伙伴包括西班牙巴塞羅那超級(jí)計(jì)算中心(BSC-CNS)、法國(guó)原子能和替代能源委員會(huì)(CEA)、比利時(shí)根特大學(xué)、挪威科學(xué)與工業(yè)研究基金會(huì)(SINTEF)，以及意大利帕多瓦大學(xué)。據(jù)Sintef Digital的首席科學(xué)家Ovidiu Vermesan介紹，該項(xiàng)目專(zhuān)注于非競(jìng)爭(zhēng)性前沿研究，研究領(lǐng)域包括新的計(jì)算范式、通過(guò)抽象簡(jiǎn)化復(fù)雜性、分布式計(jì)算的新興概念、計(jì)算連續(xù)體、群體智能、邊緣智能設(shè)備、編程框架和工具。最近發(fā)布的一份出版物為未來(lái)的跨大西洋合作勾勒出了一幅清晰的愿景

“分布式計(jì)算和群體技術(shù)的大部分開(kāi)發(fā)工作將在邊緣進(jìn)行，但隨著政治和技術(shù)格局的發(fā)展，許多‘孤島’正在形成，”Vermesan說(shuō)道。“這對(duì)技術(shù)發(fā)展不利，可能會(huì)開(kāi)發(fā)出不具互操作性、可擴(kuò)展性或標(biāo)準(zhǔn)化的元素，許多機(jī)會(huì)可能會(huì)被錯(cuò)過(guò)。合作和思想交流是開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)、識(shí)別未來(lái)挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。”

在最近的一次Discover-US會(huì)議上，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ANL)的Discover-US成員Rajesh Sankaran呼應(yīng)了Vermesan的觀點(diǎn)。“隨著人工智能在邊緣設(shè)備上的應(yīng)用越來(lái)越普及，研究人員及其學(xué)生可以探索創(chuàng)新的分布式系統(tǒng)，從而推動(dòng)歐盟和美國(guó)在這一領(lǐng)域的進(jìn)步，”Sankaran說(shuō)道。

Vermesan協(xié)調(diào)的EdgeAI聯(lián)合項(xiàng)目由歐盟資助，總金額3,500萬(wàn)歐元，專(zhuān)注于“優(yōu)化性能的嵌入式處理邊緣人工智能技術(shù)”。該項(xiàng)目于2022年12月啟動(dòng)，擁有48個(gè)合作伙伴，包括意法半導(dǎo)體(ST)、英飛凌(Infineon)、恩智浦半導(dǎo)體(NXP)、艾邁斯歐司朗(ams Osram)、昕諾飛(Signify)、imec和奧地利維也納工業(yè)大學(xué)(TU Wien)。

雖然EdgeAI項(xiàng)目并未專(zhuān)注于群體技術(shù)，但其在邊緣AI硬件加速器、算法、安全、隱私、入侵檢測(cè)、實(shí)時(shí)過(guò)程反饋、智能無(wú)線網(wǎng)狀通信等方面取得了眾多成果，所有這些成果都可以為群體智能和分布式邊緣AI提供支持。目前，項(xiàng)目合作伙伴正在使用意法半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)的工業(yè)級(jí)MPU(在項(xiàng)目范圍內(nèi)開(kāi)發(fā))，該MPU集成了Arm Cortex處理器和神經(jīng)處理單元，用于在邊緣運(yùn)行實(shí)時(shí)機(jī)器視覺(jué)等應(yīng)用。

群體智能面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是，群體協(xié)作所需的工具和平臺(tái)尚未完全開(kāi)發(fā)。然而，正如Vermesan所指出的，正在發(fā)生積極的變化。除了歐盟資助的研究進(jìn)展外，像亞馬遜和OpenAI這樣的美國(guó)大型企業(yè)也據(jù)稱正在推出群體智能框架。這些發(fā)展與基于代理的人工智能中看到的趨勢(shì)非常吻合，無(wú)論是單代理系統(tǒng)還是多代理系統(tǒng)，這些趨勢(shì)都與群體智能的概念完美契合。