董希旺：爭(zhēng)當(dāng)集群智能的“開路先鋒”

董希旺 國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金獲得者，北京航空航天大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。

自然界的生物群體智能現(xiàn)象是否對(duì)無(wú)人集群智能具有啟迪作用？在復(fù)雜環(huán)境下，又該如何提升集群系統(tǒng)的抗干擾能力和安全可靠性呢？科幻大片中的震撼場(chǎng)景能否成為現(xiàn)實(shí)？一起聆聽(tīng)董希旺為大家詳細(xì)講解生物群體與無(wú)人機(jī)集群之間的關(guān)聯(lián)，講解集群智能這個(gè)持續(xù)升溫的高技術(shù)領(lǐng)域究竟是如何成為各國(guó)競(jìng)相爭(zhēng)奪的戰(zhàn)略高地，探討集群智能領(lǐng)域的發(fā)展與未來(lái)。

集群智能起源于動(dòng)物間的群體智能

入秋后，我們經(jīng)常能看到大雁南飛。并且在旅途中，大雁的行動(dòng)非常有規(guī)律，通常是有經(jīng)驗(yàn)的老雁在前面帶隊(duì)，其余大雁在后邊整齊排列成“一字”或“人字”隊(duì)形飛行。你有想過(guò)為什么大雁總是成群結(jié)隊(duì)浩浩蕩蕩地進(jìn)行長(zhǎng)途遷徙嗎？大雁飛行時(shí)為什么會(huì)排列成“一字”或“人字”隊(duì)形呢？這是否是生物群體智能的表現(xiàn)？對(duì)于集群智能又有何啟迪作用呢？

這是因?yàn)榇笱泔w行的路程很長(zhǎng)，它們除了靠扇動(dòng)翅膀飛行之外，也需要利用上升氣流在天空中滑翔，使翅膀得到間斷的休息時(shí)間，以節(jié)省自己的體力。當(dāng)雁群飛行時(shí)，前邊大雁的翅膀在空中劃過(guò)，翅膀尖端會(huì)產(chǎn)生一股微弱的上升氣流，可以減少飛行阻力，后邊的大雁為了利用這股氣流，就緊跟在前邊大雁的翅膀尖端后面飛行，一個(gè)接一個(gè)地排列成整齊的“一字”或“人字”隊(duì)形，這是動(dòng)物間群體智能的表現(xiàn)。相較于單只飛行，結(jié)隊(duì)飛行不僅能節(jié)省力氣進(jìn)行長(zhǎng)途飛行，更有利于防御敵害。

其實(shí)自然界除了大雁編隊(duì)南飛，蟻群協(xié)同覓食、狼群協(xié)同捕獵等都屬于動(dòng)物界的群體智能，即生物集群中的個(gè)體通過(guò)局部感知和簡(jiǎn)單行為交互，使整個(gè)集群在宏觀上涌現(xiàn)出復(fù)雜、強(qiáng)大的智能行為。那自然界中這種生物個(gè)體聚集形成有機(jī)群體的現(xiàn)象，與集群智能有何聯(lián)系呢？

其實(shí)集群智能正是起源于動(dòng)物的這種群體智能，這些生物集群智能擁有個(gè)體無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。而當(dāng)下，如何讓軍事領(lǐng)域中的集群系統(tǒng)具備集群智能是人們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，如微納衛(wèi)星群、無(wú)人機(jī)蜂群、多導(dǎo)彈集群等。

爭(zhēng)當(dāng)集群智能的“開路先鋒”

2017年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中列出的8項(xiàng)基礎(chǔ)理論中有多項(xiàng)與集群智能直接相關(guān)，可以看出集群智能是人工智能發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是新一代人工智能的核心研究領(lǐng)域之一。

什么是無(wú)人機(jī)集群？其實(shí)，無(wú)人機(jī)集群不是多無(wú)人機(jī)間的簡(jiǎn)單編隊(duì)，而是通過(guò)必要的控制策略使之產(chǎn)生集群協(xié)同效應(yīng)，從而具備執(zhí)行復(fù)雜多變、危險(xiǎn)任務(wù)的能力。

為什么要讓集群系統(tǒng)具備集群智能呢？集群智能不是個(gè)體能力的簡(jiǎn)單疊加，而是具有“1+1>2”的非線性涌現(xiàn)的特性，這使得集群系統(tǒng)具有遠(yuǎn)超個(gè)體的強(qiáng)大能力，例如可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的抗干擾偵察、高效突防、精準(zhǔn)打擊等任務(wù)。當(dāng)然如何讓集群系統(tǒng)具有智能是一個(gè)非常有挑戰(zhàn)性的難題，依賴動(dòng)態(tài)自組網(wǎng)、智能感知認(rèn)知、自主決策規(guī)劃、精準(zhǔn)制導(dǎo)控制等關(guān)鍵技術(shù)的突破。董希旺指出，集群系統(tǒng)有自主性、協(xié)同性、擴(kuò)展性、涌現(xiàn)性等4個(gè)典型特征，不能簡(jiǎn)單地以數(shù)量來(lái)判定一個(gè)系統(tǒng)是否屬于集群系統(tǒng)，要看其是否具有這4個(gè)典型特征。

“各軍事大國(guó)和強(qiáng)國(guó)都在爭(zhēng)相發(fā)展集群智能相關(guān)技術(shù)，搶占集群智能的戰(zhàn)略高地，如果我們現(xiàn)在不好好開展無(wú)人集群相關(guān)技術(shù)的研究，將我國(guó)無(wú)人集群裝備早日實(shí)現(xiàn)和落地，一旦將來(lái)發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)，我們將會(huì)處于碾壓式的被打擊劣勢(shì)，為了我國(guó)的國(guó)防事業(yè)，為了保家衛(wèi)國(guó)，我們一定要有使命感、責(zé)任感與緊迫感。如果我們能夠盡早實(shí)現(xiàn)集群技術(shù)的突破并形成裝備和戰(zhàn)斗能力，那必將在國(guó)防現(xiàn)代化、智能化的歷程上留下濃墨重彩的一筆。”董希旺說(shuō)。

“服務(wù)國(guó)防，科技報(bào)國(guó)”是很多人小時(shí)候的夢(mèng)想，但能將當(dāng)年夢(mèng)想的種子灌溉成長(zhǎng)的人并不多。董希旺的奮斗故事沒(méi)有太多曲折，只有一步步腳踏實(shí)地的努力與付出，不忘初心，方得始終。