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R&D최종보고서

연구과제 상세정보
과제고유번호 202020CTAP-C152021-02
연구사업명 국토교통기술촉진연구사업
연구과제명 다중 인공지능 에이전트 기반 초자율 무인기 실시간 임무계획 알고리즘 개발
총 연구기간 2019-04-15 ~ 2020-12-31
연구책임자 이재우
당해년도
참여 연구원수
4명 총 연구기간
참여 연구원수
7명
당해년도
연구비
정부 : 206,000,000 원
기업 : 0 원
계 : 206,000,000 원
총연구비 정부 : 370,000,000 원
기업 : 0 원
계 : 370,000,000 원
연구기관명 건국대학교산학협력단
등록 발간번호 11-B552989-000401-01
ISBN 979-11-961252-7-1
주요 내용 인공지능을 이용한 경로 계획 및 장애물 회피 기술, 인공지능 상황판단을 통한 임무 재설계 기술 및 고 정밀 시뮬레이션을 이용한 인공지능 훈련 데이터 획득 기술 개발을 통해 자율화 레벨(ATRA) 6 이상의 초자율 무인기를 위한 다중 에이전트 개발 및 결합 원천 기술을 확보하며, 최종적으로 자율화레벨 9~10 수준의 무인기/드론 개발에 대한 장기적 연구 비전을 가지고 유기적이고 융합적으로 수행함
본 연구에서는 4차 산업혁명의 신기술로 인식되고 있는 다중 인공지능 기술의 원천 기술로써 인간이 조종하던 기계 시스템인 무인기/드론 비행체에 다중 인공지능을 도입하기 위한 초자율 무인기/드론 다중 에이전트 개발 및 결합 핵심 기술을 확보하고자 함.

[최종목표]
(1) 장애물 인식 및 회피 / 실시간 경로 계획 및 최적 경로 생성 인공지능 알고리즘
● DQN을 이용한 장애물 식별, 시스템 모니터링 인공지능과 결합하여 무인기의 기동성 및 안전 거리를 고려한 회피 인공지능 에이전트 기술 연구
● 실시간 계산 및 정적/동적 주변 환경에 따른 실시간 경로 계획 및 최적 경로 생성 인공지능 에이전트 기술 연구
(2) 시스템 모니터링 / 임무 재설계 알고리즘 기술
● 센서 오작동 및 임무 지속성 가능 여부 판단
● 센서 융합을 통한 무인기 시스템 상태 모니터링 인공지능
● 다중 인공지능 에이전트 기반 임무 지속성 판단 및 임무 변경/취소 판단 결정 인공지능 에이전트 개발
(3) 다중 인공지능 에이전트 결합 및 초자율 무인기 시뮬레이션을 통한 검증
● 무인기 비행 제어 연구를 통한 인공지능 에이전트 및 시뮬레이션 결합연구
● 다중 인공지능 에이전트 기반 초자율 무인기 시뮬레이션 기술 연구

[연구내용 및 범위]
● 현재 많은 연구자들과 회사들은 인공 지능 기능 기술이 자율 이동체에서 가장 핵심이 되는 기술임을 인식하고 있음.
● 자율 이동체용 인공지능과 알고리즘은 현재 2~3단계에 이르는 무인 항공기 자율화 단계보다 더 나아가 초자율 군집 비행을 가능케 하는 핵심 원천 기술임.
● 자율 이동체를 위한 인공지능은 실시간 상황인지 및 동적 환경에 따라 스스로 결정을 내릴 수 있는 능력이라고 할 수 있음.
● 딥 러닝(Deep Learning)은 최근 자각, 임무 계획, 제어 분야에서 뛰어난 결과를 보여주고 있음.
● 수집된 다양한 데이터로부터 학습하는 딥 러닝은 여러 종류의 무인 자율 인공지능을 개발하는데 적합함.
● 또한 현재 무인 항공기(UAV)는 보안, 감시, 재해 구조에서 배달 및 창고 관리에 이르기 까지 여러 유형의 사업에 광범위하게 적용되고 있음.
● 하나의 인공지능 에이전트만으로 동적으로 변화하는 주변 환경을 파악하고 판단을 내리기가 어려움.
● 다음과 같은 하나의 기능을 수행 할 수 있는 인공지능 에이전트를 개발하고 에이전트들을 연결하여 종합적 상황인지와 최적 경로 파악 및 임무 재설계 등이 가능한 인공지능을 개발 할 수 있음.
▷ 시스템 모니터링 인공지능 에이전트
▷ 장애물 인식 및 회피 인공지능 에이전트
▷ 최적 경로 파악 인공지능 에이전트
▷ 종합 상황 파악 및 임무 재설계 알고리즘

▷ Artificial Neural Network (ANN)
● 기본적으로 생물학적 신경망의 구조와 기능에 기초한 계산 모델임.
● ANN의 구조는 정보 흐름에 영향을 받음.
● 신경망의 변화는 입력과 출력을 기반으로 함.
● ANN은 비선형 통계 데이터 및 입력과 출력의 복잡한 관계를 다룰 수 있다.
● 결과적으로 복잡한 패턴을 발견하고, ANN또한 인공신경망의 일종이다.

▷ Deep Learning (DL)
● 딥러닝의 의사 결정 데이터 처리와 패턴 생성과정은 인간 두뇌의 작동 방법을 모방함.
● 딥러닝은 머신러닝의 일종으로써, 구조화되지 않았거나 분류되지 않은 데이터를 사용자 개입 없이 자율 학습이 가능함.
● Deep Neural Learning 또는 Deep Neural Network 라고도 함.

▷ Reinforcement learning
● 기존의 머신 러닝이 보통 패턴을 찾는 것에 중점을 두는 것에 반해 강화 학습은 의사 결정에 중점을 두었으며 AI가 실제 환경에서 학습하고 실행하는 영역에서 더 나은 결과를 보이도록 해줌.
● 경험 기반 의사 결정의 프레임워크로 수십 년 동안 사용되어 왔지만, 표현과 스케일링 문제로 실제로는 큰 성공을 얻지 못함.
● 구글 딥마인드에서 개발한 컴퓨터 프로그램 알파고의 최근 성과인 인간 바둑 챔피언과 5게임 경기에서 승리했던 것은 대부분 이 강화 학습에 기인한 것임.
색인어 한글 실시간 임무계획 다중 인공지능 초자율 무인기 시뮬레이션 드론
영문 Real TIme Mission planning Multi Agent Artificial Intelligence Autonomous UAV Simulation Drone
최종보고서 다중 인공지능 에이전트 기반 초자율 무인기 실시간 임무계획 알고리즘 개발 최종보고서(210319).pdf
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