技經觀察丨群體智能——新一代人工智能的重要方向
點擊： 作者：劉紀鋮 唐乾琛 來源：全球技術地圖微信號 發布時間:2022-10-14 09:39:25
群體智能是近年來發展迅速的一個人工智能學科領域，通過研究分散、自組織的生物群體智慧，實現分布式、去中心化的智能行為，通常用于無人機、機器人集群的協同作業。群體智能作為新一代人工智能的重要方向，自20世紀80年代提出以來，已成為信息、生物、社會等交叉學科的熱點和前沿領域。2016年底，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）基于群體智能的“進攻性蜂群戰術”項目（OFFSET）應“第三次抵消戰略”而生，旨在加強復雜環境下的無人作戰能力，并每半年進行一次項目沖刺。2017年7月，中華人民共和國國務院發布的《新一代人工智能發展規劃》中明確指出“群體智能”是人工智能領域的一個新的研究方向。科技部啟動的《科技創新2030“新一代人工智能”重大項目指南》中，也將“群體智能”列為人工智能領域的五大持續攻關方向之一。可見，對于群體智能的探究具有重要的現實意義。
一、群體智能的起源：自然界群居生物的智慧模擬
群體智能最初是基于人們對于自然界群居生物的觀察所提出的一種智能形態，其具有群體涌現出的智慧超越個體智慧的特點，如蟻群搭橋、鳥群覓食、蜂群筑巢等。“群體智能”作為計算機專業術語最早是在1989年由赫拉多（Gerardo）等提出，用來描述電腦屏幕上細胞機器人的自組織算法所具有的分布控制、去中心化的自組織智能行為。早期學者主要專注于群體行為特征規律的研究，并提出了一系列具有群體智能特征的算法，如蟻群優化算法在解決“旅行商問題”等數學難題上得到了較好的應用。
隨著“物超人”時代的來臨，人類群體、大數據、物聯網已經實現了廣泛和深度的互聯，群體智能的發展方向逐漸轉移到人機物融合的方向上來。在具體實現上，智能計算模式逐漸從“以機器為中心”的模式走向“群體在計算回路”，智能系統開發也從封閉和計劃走向了開放和競爭。未來，人類將邁入群體智能2.0時代。
二、群體智能的兩種機制
1.自上而下有組織的群智行為，這種機制會形成一種分層有序的組織架構。自上而下的群智形成機制是在問題可分解的情況下，不同個體之間通過蜂群算法集成進行合作，進而達到高效解決復雜問題的機制。美國DARPA正在開展的“進攻性蜂群戰術”（OFFSET）項目，就是通過自上而下的群智機制將群體智能推向實戰化水平。德國國防軍（DTEC）運用自上而下的群智機制開發無人機蜂群戰術級人工智能快速決策系統，預計2024年將投入使用。
2.自下而上自組織的群智涌現，這種機制可使群體涌現出個體不具有的新屬性，而這種新屬性正是個體之間綜合作用的結果。美國科技作家凱文·凱利（Kevin Kelly）在《失控：全人類的最終命運和結局》中提到：“一種由無數默默無聞的零件，通過永不停歇的工作，而形成的緩慢而寬廣的創造力”，這就是群體智能涌現的過程。例如，由多個簡單機器人組成的群體機器人系統通過“分布自組織”的協作可以完成單個機器人無法完成或難以完成的工作。
三、群體智能的應用
目前國外對群體智能的應用側重于底層技術領域，如集群結構框架、集群控制與優化、集群任務管理與協同等，國內則主要側重于應用領域，如集群路徑實時規劃、集群自主編隊與重構、集群智能協同決策等。隨著群體智能在現實場景的深入應用，將有力促進產業智能化和提高產業競爭力。另外，群體智能也正在深刻影響著軍事領域，使戰爭形態加速向智能化演變，與之相應的戰爭觀也發生了嬗變。
1.蜂群協同系統。美國DARPA正在開展的“進攻性蜂群戰術”（OFFSET）項目，該項目探索未來的小單位步兵部隊將是由小型無人機系統（UASs）或小型無人地面車輛系統（UGSs）組成的“蜂群”，可在復雜的環境中完成多種任務。相關研究成果也將直接應用到“馬賽克戰”體系中，推動低成本無人蜂群作戰能力的快速成形。
來源：美國DARPA的OFFSET項目
2.路徑規劃系統。群體智能支撐的路徑規劃技術被廣泛應用于各種運動規劃任務，極大地解決了多智能體間的群體協同決策問題。如自動駕駛、車路協同、群體機器人等場景。2009年11月，美國交通部發布了《智能交通系統戰略計劃（2010-2014）》，作為美國車路集成系統（VII）研究的戰略指南，著重強調了群體協同決策在交通安全中的重要性。
來源：奧迪的群體智能“Car-to-X”理念
3.復雜電磁環境下的優化與控制。電磁頻譜已作為第六維作戰疆域引起世界各國的高度重視。2015年，美軍發布的《關于國家安全的突破性技術》戰略指南中明確指出“未來幾年DARPA的研究重點將是確保控制電磁權”。2018年，美國空軍組建了電子戰/電磁頻譜優勢體系能力協作小組（ECCT），旨在研究如何確保電磁頻譜優勢，開始實質性推進電磁頻譜戰。群體智能有“自組織、自適應”的技術特點，在電磁頻譜戰中的頻譜狀態感知、頻譜趨勢預測、頻譜形式推理上具有獨特的先天優勢，可以有效應對戰場電磁環境的捷變性，提高戰爭中信息傳輸時效性，促進電磁頻譜戰的決策智能化。
來源：Defence One
四、群體智能的挑戰和前景
群體智能作為新一代人工智能重點發展的五大智能形態之一，在民事和軍事領域都具有重要的應用前景。5G時代所帶來的萬物互聯，為群體智能的應用和創新提供了豐富的場景，將會進一步促進人機物的深度融合，也會進一步推動群體智能理論和技術的持續發展。目前，群體智能在基礎理論和作用機理創新、群智知識表示框架構建和關鍵技術應用上還處于初級階段，仍然有廣闊的應用和發展空間。未來，我國應推動群體智能基礎理論研究與系統開發齊頭并進，不斷拓寬應用場景，早日形成群體智能技術的標準體系。
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作者簡介
劉紀鋮 國務院發展研究中心國際技術經濟研究所研究二室，助理分析員
研究方向：信息領域戰略、技術和產業前沿
作者簡介
唐乾琛 國務院發展研究中心國際技術經濟研究所研究二室，三級分析員 研究方向：信息領域戰略、技術和產業前沿
來源：全球技術地圖微信號
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