【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】3月14日，北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院周治國副教授團(tuán)隊(duì)與蘇州同元軟控信息技術(shù)有限公司聯(lián)合推出基于MWORKS的具身空間仿真平臺(Embodied Space Simulation Platform)框架，探索形成具身智能無人船案例。
具身信息物理系統(tǒng)(Embodied Cyber-Physical System,ECPS)是一種將具身智能體深度集成到信息物理系統(tǒng)框架中的新型系統(tǒng)架構(gòu)。它不僅包含了傳統(tǒng)CPS中的物理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和信息系統(tǒng)，還特別強(qiáng)調(diào)具身智能體在其中的核心作用。具身空間(Embodied Space)是一個綜合性的智能環(huán)境，有機(jī)結(jié)合了物理空間、虛擬空間和數(shù)據(jù)空間，融合了虛擬現(xiàn)實(shí)、計算通信、感知融合、決策推理和機(jī)器人控制等多種先進(jìn)技術(shù)。
基于MWORKS的具身空間仿真平臺是一個高度綜合的人工智能平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)具身空間建模、無人系統(tǒng)建模與仿真、智能體開發(fā)與訓(xùn)練、實(shí)地部署與測試多項(xiàng)功能。它通過集成物理空間、虛擬空間和數(shù)據(jù)空間，支持無人系統(tǒng)的感知、學(xué)習(xí)、推理和行動，旨在提升無人系統(tǒng)的具身智能。通過其關(guān)鍵模塊(如虛擬仿真引擎、生成智能引擎和推理進(jìn)化引擎等)來實(shí)現(xiàn)具身空間的構(gòu)建和功能支持。
該平臺采用三維虛擬引擎構(gòu)建高保真場景，基于MWORKS平臺構(gòu)建智能體信息物理融合虛擬仿真環(huán)境，支持復(fù)雜場景動態(tài)建模及多智能體系統(tǒng)的集群協(xié)同訓(xùn)練，涵蓋無人機(jī)、無人車、機(jī)器狗等無人系統(tǒng)的導(dǎo)航、決策與交互任務(wù)。通過融合強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架、ROS通訊協(xié)議及Python算法接口，提供從虛擬仿真到數(shù)字孿生的全鏈路閉環(huán)驗(yàn)證能力，支持用戶快速部署自定義算法，并實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、環(huán)境感知、任務(wù)抓取等功能的跨場景適配，為工業(yè)自動化、智慧城市及機(jī)器人研發(fā)提供安全、高效、可擴(kuò)展的智能訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施。
具身空間模擬器(Embodied Space Simulator,ES-Sim)
具身智能無人船是具身空間仿真平臺的典型應(yīng)用案例。由基于MWORKS的數(shù)字無人船、基于ROS的無人船開源框架、基于Unity的虛擬三維仿真引擎、基于PyTorch的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并集成了deepseek大模型5部分組成。
基于MWORKS平臺構(gòu)建的無人船數(shù)字樣機(jī)包括三自由度本體模型和導(dǎo)航控制算法，無人船本體模型能夠考慮無人船風(fēng)、浪、流等各種擾動的情況下實(shí)現(xiàn)無人船速度、航向角等航行參數(shù)的理論計算，既為航線決策和路線規(guī)劃提供理論依據(jù)，又能夠與導(dǎo)航控制算法形成控制閉環(huán)，在虛擬空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)算法的設(shè)計驗(yàn)證。運(yùn)行過程中，系統(tǒng)支持動態(tài)調(diào)整環(huán)境參數(shù)(風(fēng)浪流強(qiáng)度、障礙物分布)，并通過PyTorch的在線學(xué)習(xí)機(jī)制持續(xù)優(yōu)化策略網(wǎng)絡(luò)，確保無人艇在復(fù)雜場景下的自主導(dǎo)航與任務(wù)適應(yīng)性。
通過deepseek大模型實(shí)現(xiàn)自然語言交互與智能化任務(wù)管理。系統(tǒng)支持語音/文本指令輸入(如“繞行障礙”“切換航線”“多目標(biāo)巡檢”)，大模型解析指令后，結(jié)合實(shí)時感知數(shù)據(jù)(激光雷達(dá)、視覺信息)與船舶狀態(tài)，動態(tài)生成任務(wù)優(yōu)先級與局部路徑策略，并調(diào)用強(qiáng)化學(xué)習(xí)模塊(PPO/TD3)優(yōu)化決策指令。針對復(fù)雜任務(wù)(協(xié)同作業(yè)、動態(tài)場景適配)，通過ROS通信聯(lián)動數(shù)字樣船與仿真環(huán)境，自動拆解任務(wù)為可執(zhí)行子目標(biāo)，調(diào)整航行參數(shù)與路徑規(guī)劃權(quán)重。訓(xùn)練階段融合歷史交互數(shù)據(jù)與強(qiáng)化學(xué)習(xí)獎勵反饋，優(yōu)化指令-動作映射邏輯，提升系統(tǒng)在未知場景下的語義理解與任務(wù)泛化能力，形成“人類指令-智能決策-閉環(huán)驗(yàn)證”的一體化交互鏈路。
基于Unity虛擬仿真環(huán)境加載預(yù)設(shè)水域場景與船舶數(shù)字樣機(jī)，并通過ROS-TCP通信協(xié)議綁定傳感器數(shù)據(jù)流(激光雷達(dá)、視覺相機(jī))與物理引擎參數(shù)；在ROS框架內(nèi)啟動避障算法節(jié)點(diǎn)，加載預(yù)訓(xùn)練的PPO/TD3強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型及監(jiān)督學(xué)習(xí)策略，同步運(yùn)行MWORKS.Sysplorer進(jìn)行船舶動力學(xué)計算；運(yùn)動控制模塊根據(jù)實(shí)時決策指令(路徑規(guī)劃、避障角速度)驅(qū)動數(shù)字樣船模型，并通過ROS Topic反饋船舶位姿、環(huán)境交互狀態(tài)至仿真界面；最終形成“感知數(shù)據(jù)采集-算法在線推理-控制指令執(zhí)行-物理狀態(tài)回傳”的實(shí)時閉環(huán)。運(yùn)行過程中，系統(tǒng)支持動態(tài)調(diào)整環(huán)境參數(shù)(風(fēng)浪流強(qiáng)度、障礙物分布)，并通過PyTorch的在線學(xué)習(xí)機(jī)制持續(xù)優(yōu)化策略網(wǎng)絡(luò)，確保無人艇在復(fù)雜場景下的自主導(dǎo)航魯棒性與任務(wù)適應(yīng)性。
具身空間仿真平臺案例：具身智能無人船
同時，團(tuán)隊(duì)正在積極推動開設(shè)《具身智能仿真與建模》課程和相關(guān)教材編寫工作，教材將系統(tǒng)性地闡述具身智能的背景知識、研究現(xiàn)狀及主流框架，介紹基于MWORKS具身物理信息系統(tǒng)建模和仿真的基礎(chǔ)知識，確保讀者能夠從理論到實(shí)踐全面掌握具身智能的核心內(nèi)容。并將重點(diǎn)介紹基于MWORKS的具身智能框架，涵蓋ROS(機(jī)器人操作系統(tǒng))、三維虛擬仿真環(huán)境以及MWORKS計算引擎等內(nèi)容，充分展現(xiàn)國產(chǎn)化仿真平臺在具身智能領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力和廣泛應(yīng)用前景。
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