打破校史！北京大學第一單位發首篇頂刊

近日，北京大學先進制造與機器人學院謝廣明團隊在機器人領域國際頂級期刊The International Journal of Robotics Research（IJRR）上發表重要研究成果，提出Electro-SLAM——一種集成主動與被動電感知的分布式水下同步定位與建圖（SLAM）系統。該研究為復雜、黑暗及渾濁水域中的水下機器人自主感知與協同作業提供了全新解決方案。該期刊是機器人領域公認的國際頂級學術期刊之一。該論文是北京大學作為第一完成單位在IJRR發表的首篇研究論文，標志著學校在水下機器人與新型感知SLAM研究方向取得重要突破。

論文鏈接：

https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/02783649251414426

復雜水域環境的感知與探測長期以來是制約水下機器人發展和應用的關鍵瓶頸。目前尚缺乏一種在真實水下環境中兼具穩定性與魯棒性的理想SLAM技術。傳統應用于陸地或空中場景的SLAM系統通常依賴視覺、激光雷達和聲吶等傳感模態，但在水下環境中均面臨顯著挑戰：視覺傳感器易受光衰減影響，在黑暗或渾濁水域中難以工作；激光雷達的有效探測距離會隨水體濁度增加而急劇縮短；聲吶則對多路徑效應和后向散射噪聲高度敏感，容易引發感知混淆、定位漂移及地圖殘缺等問題。

受弱電魚在黑暗渾濁水域中依賴電感知進行環境探測的生物機制啟發，研究團隊首次提出以電感知作為主要感知方式的水下SLAM系統框架。與傳統基于視覺或聲吶的方法不同，Electro-SLAM充分利用電感知在近距離環境感知中的獨特優勢，能夠在視覺嚴重退化、光照極弱或水體高度渾濁等極端條件下，實現穩定可靠的邊界檢測與環境建圖。

該系統無需外部基礎設施支持，可在未知水下環境中實現可擴展的分布式環境感知與協同建圖。通過將生物啟發式傳感機制與分布式多機器人自主系統相結合，Electro-SLAM為黑暗、渾濁及通信受限水域提供了一種全新的SLAM范式，為水下具身智能的發展開辟了新的研究方向。

在具體方法上，論文首先提出了一種完整且輕量化的電感知硬件與算法解決方案，具備主動與被動兩種傳感模式，能夠方便地集成至小型自主水下機器人平臺。基于此，研究團隊構建了一套基于主動電感知的單機器人SLAM系統，實現了邊界檢測、邊界跟蹤、局部語義映射以及分層定位功能。

進一步地，論文提出了一套基于被動電感知的分布式多機器人協作SLAM方案，包括一種利用被動電感知實現的機器人間相對位姿估計方法，以及一個支持局部地圖融合與協同定位的完全分布式系統框架，有效解決了電感知缺乏傳統幾何特征或視覺描述符所帶來的技術難題。

該研究為水下非可視化、非結構化及通信受限環境中的自主定位與環境測繪奠定了重要基礎，在水下探測、資源勘察、水下基礎設施巡檢及極端環境作業等領域具有廣闊應用前景。未來，研究團隊將進一步優化系統架構，融合傳統傳感手段與創新理論建模方法，推動相關技術從實驗室走向真實復雜應用場景，讓前沿科技成果服務于更多實際需求。

本論文第一作者為北京大學先進制造與機器人學院博士研究生楊啟業，通訊作者為謝廣明教授和北京大學軟件工程國家工程研究中心王晨副研究員。合作者包括清華大學核能與新能源技術研究院鄭君政以及博雅工道（北京）機器人科技有限公司熊明磊。相關研究工作得到了國家自然科學基金項目的資助。

本文來源：北京大學

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