我們現在常常會提到「人機協同」工作，不過，所謂的人機協同往往不會是1對1的狀況，通常都是一對多。那麼，人類的處理能力可能就是這種人機協同工作的瓶頸。或許你會好奇，一個人類，最多可以控制多少個機器人呢？

科幻電影中的場景，如今在現實世界中上演！美國國防高等研究計畫署（DARPA）近期一項突破性研究，證實人類單兵在複雜任務中，能夠有效管理超過百台的無人地面與空中載具，且僅在極短時間內感到工作量過載。這項研究不僅挑戰了過去數十年來的認知，更為機器人群在各領域的應用，開啟了前所未有的可能性。

在這項由美國國防高等研究計畫署（DARPA）資助的研究中，專家們表明，人類可以單獨且有效地管理超過100輛自主地面和空中載具的異質機器人群，並且在整個任務中只有短暫的時間感到不堪重負。例如，在一個特別具有挑戰性的多日城市環境實驗中，人類控制員僅在3%的時間內因工作量過載。這些結果於11月19日發表在《IEEE現場機器人學彙刊》上。

奧勒岡州立大學協作機器人與智慧系統研究所的研究副主任茱莉·A·亞當斯，35年來一直在研究人類與機器人和其他複雜系統（例如飛機駕駛艙和核電廠控制室）的互動。她指出，機器人群可用於支援人類工作可能特別危險和有害的任務，例如監測野火。

「機器人群可用於對某個區域進行持續覆蓋，例如監測洛杉磯最近燒毀區域的新火災或搶劫者，」亞當斯說。「這些資訊可用於引導有限的資源，例如消防單位或水車前往新火災和熱點，或前往認為已撲滅火災的地點。」

這些任務可能涉及多種不同類型的無人地面載具（例如Aion Robotics R1輪式機器人）和空中自主載具（例如Modal AI VOXL M500四軸飛行器）的混合，並且人類控制員可能需要在任務展開時將各個機器人重新分配給不同的任務。值得注意的是，過去幾十年的某些理論——甚至亞當斯早期的論文工作——都表明，單個人類部署大量機器人的能力有限。

「這些歷史理論和相關的實證結果表明，隨著地面機器人數量的增加，人類的工作量也會增加，這通常會導致整體效能下降，」亞當斯說，並指出，儘管早期的研究重點是無人地面載具（UGV），它們必須應對路緣和其他物理障礙，但無人飛行載具（UAV）通常遇到的物理障礙較少。

測試人類可以管理多大的機器人群

在測試過程中，操控員不僅要引導機器人群移動，還要應對各種虛擬與實體的障礙物，並完成消滅敵對目標的任務。研究團隊透過監測操控員的生理反應，包括心率變異性、姿勢、語速等，來評估他們的工作量。令人驚訝的是，即使在最複雜的任務中，操控員的工作量過載時間，也僅佔總任務時間的3%。

在測試期間，人類控制員被安置在測試場地邊緣的指定區域，並使用環境的虛擬重建來掌握載具的位置以及分配給它們的任務。

最大的任務輪班涉及110架無人機、30輛地面載具，以及最多50輛代表額外現實世界載具的虛擬載具。機器人必須在物理城市環境中導航，以及一系列使用AprilTags（可以代表虛擬危險的簡化QR碼）表示的虛擬危險，這些危險散佈在整個任務場地中。

從左上角順時針方向：3DR Solo、Uvify IFO-S、帶TX2的AION R1和Modal AI VOXL m500 UGV和UAV。

DARPA透過提供數千個危險和資訊來告知搜索，使最終的現場演習變得異常具有挑戰性。「危險的複雜性非常高，」亞當斯說，並指出，一些危險需要多個機器人同時與之互動，而一些危險則在環境中移動。

在每個任務輪班期間，都會監測人類控制員對手頭任務的生理反應。例如，感測器會收集有關他們心率變異性、姿勢甚至語速的資料。這些資料被輸入到一個既定的演算法中，該演算法估計工作量水平，並用於確定控制員何時達到超過正常範圍的工作量水平，稱為「過載狀態」。

亞當斯指出，儘管這次現場演習中要管理的機器人數量龐大且複雜，但過載狀態實例的數量和持續時間相對較短——在任務輪班期間只有幾分鐘。「在我們收集資料的所有輪班中，估計過載狀態的總百分比為所有工作量估計的3%，」她說。

人類指揮官達到過載狀態的最常見原因是，他們必須產生多個新戰術或檢查發射區中有哪些載具可用於部署。

亞當斯指出，這些發現表明——與過去的理論相反——機器人的數量可能不像以前認為的那樣對人類機器人群控制效能產生那麼大的影響。她的團隊正在探索可能影響機器人群控制任務的其他因素，例如其他人類限制、系統設計和無人機系統設計，其結果可能會為美國聯邦航空管理局的無人機法規提供資訊，她說。

這項研究成果不僅在軍事領域具有重大意義，也為機器人群在其他領域的應用，開啟了無限可能。在災害救援方面，機器人群能夠快速進行搜索、救援、監測等任務，提高救援效率。在環境監測方面，機器人群能夠在廣闊區域內進行環境監測，例如森林火災預警、野生動物保護等。在物流運輸方面，機器人群能夠在複雜環境中進行物流運輸，例如無人機送貨、自動駕駛卡車等。

隨著機器人技術的不斷發展，我們有理由相信，在不久的將來，機器人群將在更多領域發揮重要作用，為人類社會帶來更多便利與福祉。DARPA的這項研究，無疑為機器人技術的未來發展，注入了一劑強心針。

資料來源：https://spectrum.ieee.org/darpa-robot