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當(dāng)百架無(wú)人機(jī)在夜空精準(zhǔn)勾勒流光圖案，當(dāng)工業(yè)機(jī)械臂協(xié)同完成毫米級(jí)精密加工，當(dāng)智能車流有序疏導(dǎo)城市擁堵——這些充滿未來(lái)感的場(chǎng)景，正依托群體智能技術(shù)走向現(xiàn)實(shí)。

然而，大規(guī)模設(shè)備協(xié)同的背后，高功耗、通信延遲和突發(fā)故障等難題，始終制約著其可靠與持久運(yùn)行。

近日，南京工業(yè)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱南工大）教授史建濤團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究，為破解這些瓶頸提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。該團(tuán)隊(duì)的“群體智能系統(tǒng)的分布式濾波、控制及智能運(yùn)維理論與應(yīng)用”項(xiàng)目，憑借三項(xiàng)原創(chuàng)性突破，榮獲2025年度江蘇省工程師學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)，讓智能設(shè)備的“群體協(xié)作”變得更加安全、高效與堅(jiān)韌。

群體智能系統(tǒng)的順暢運(yùn)行，離不開(kāi)通信、控制、運(yùn)維三大核心環(huán)節(jié)的協(xié)同發(fā)力。其中無(wú)線通信是群體協(xié)同的“神經(jīng)”，但持續(xù)的全量數(shù)據(jù)傳輸極易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁堵與能耗過(guò)高。

團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“事件觸發(fā)濾波”技術(shù)，革新了傳統(tǒng)模式。團(tuán)隊(duì)成員、南工大副教授岳冬冬介紹，該系統(tǒng)僅在關(guān)鍵數(shù)據(jù)變化超越設(shè)定閾值時(shí)才啟動(dòng)傳輸，其余時(shí)間保持靜默。這能在保證控制精度的同時(shí)，降低70%—80%的通信量與能耗，顯著延長(zhǎng)無(wú)人機(jī)等移動(dòng)平臺(tái)的作業(yè)時(shí)長(zhǎng)。

“它讓設(shè)備從‘時(shí)刻待命’變?yōu)椤葱璋l(fā)聲’，做到了‘智能節(jié)流’，解決續(xù)航之困?！痹蓝f(shuō)。

如果說(shuō)通信是“信息橋梁”，那么控制便是群體智能的“行動(dòng)中樞”?！霸O(shè)備在復(fù)雜多變的環(huán)境中運(yùn)行，難免出現(xiàn)故障，就像編隊(duì)飛行的候鳥(niǎo)突遭翅膀受傷的意外?！眻F(tuán)隊(duì)成員、南工大教授錢(qián)默抒指出，傳統(tǒng)處理方式需停機(jī)維修或回收，不僅成本高昂，在緊急救援等時(shí)效性要求極高的場(chǎng)景中更不現(xiàn)實(shí)。團(tuán)隊(duì)率先將“容錯(cuò)控制”引入群體智能系統(tǒng)，創(chuàng)新構(gòu)建“故障檢測(cè)—故障估計(jì)—故障補(bǔ)償”閉環(huán)機(jī)制。

“這賦予系統(tǒng)‘帶傷飛行’的能力。”史建濤舉例，即使四旋翼無(wú)人機(jī)的一個(gè)螺旋槳失靈，系統(tǒng)也能在毫秒間重新分配其余電機(jī)的動(dòng)力，保障編隊(duì)穩(wěn)定飛行與任務(wù)連續(xù)，特別適用于偵察、救援等任務(wù)不容中斷的緊要場(chǎng)景。

設(shè)備“編隊(duì)”運(yùn)行的長(zhǎng)期穩(wěn)定，離不開(kāi)智能運(yùn)維的“健康守護(hù)”。團(tuán)隊(duì)成員、南工大副教授陳闖介紹，傳統(tǒng)定期檢修往往“不論健康狀況，到點(diǎn)就查”，成本高昂且可能無(wú)的放矢。而他們開(kāi)創(chuàng)了“剩余壽命預(yù)測(cè)的不確定性量化”技術(shù)，通過(guò)改進(jìn)深度學(xué)習(xí)模型，該系統(tǒng)不僅能預(yù)測(cè)設(shè)備剩余使用壽命，更能給出預(yù)測(cè)結(jié)果的置信概率，將預(yù)測(cè)精度從約50%提升至90%以上，大幅降低了運(yùn)維成本，提升了系統(tǒng)可靠性。

“傳統(tǒng)方法可能會(huì)判斷出設(shè)備還能運(yùn)行兩個(gè)月，我們能精準(zhǔn)到‘健康運(yùn)行兩個(gè)月的概率達(dá)95%’，讓企業(yè)決策更有依據(jù)?！标愱J說(shuō)。

近年來(lái)，史建濤團(tuán)隊(duì)通過(guò)“仿真—半實(shí)物—實(shí)物”的遞進(jìn)研發(fā)模式，將成果融入產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

“比如，太空環(huán)境極端苛刻，溫度波動(dòng)大，輻射強(qiáng)、通信距遠(yuǎn)。我們基于火星車星際空間運(yùn)行的特殊需求，開(kāi)發(fā)‘力觸覺(jué)傳感器’等關(guān)鍵部件，并將事件觸發(fā)濾波與實(shí)時(shí)故障處理技術(shù)融入星載組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)，在保障通信可靠性的同時(shí)降低能源消耗，為衛(wèi)星協(xié)同工作筑牢技術(shù)屏障。”團(tuán)隊(duì)成員、南工大副教授馮李航介紹，這項(xiàng)技術(shù)還曾獲2023年中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

同時(shí)，團(tuán)隊(duì)與江蘇省測(cè)繪工程院、上海華測(cè)等單位合作，優(yōu)化測(cè)繪設(shè)備協(xié)同工作效率；與中航工業(yè)、航天科工502所等合作，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火星車等裝備提供運(yùn)維與控制支持，真正實(shí)現(xiàn)“從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線，從地面到太空”的全場(chǎng)景賦能。

此外，團(tuán)隊(duì)還將群體智能技術(shù)延伸至化工安全生產(chǎn)等流程工業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)故障診斷與容錯(cuò)控制為傳統(tǒng)工業(yè)升級(jí)注入新智能。

史建濤表示，未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)瞄準(zhǔn)國(guó)家重大需求與產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)，在學(xué)科交叉融合中探索新突破，致力于讓群體智能技術(shù)在更多關(guān)鍵領(lǐng)域可靠運(yùn)行，為中國(guó)智能制造與高質(zhì)量發(fā)展提供支撐。