关于蜂群系统在国防中的应用研究方向和未来机会的报告

澳大利亚政府的2020年部队结构计划概述了未来十年（2020年）大约2000亿美元的一揽子能力投资。这笔支出将使国防部能够应对未来的挑战，在打击平台、沿海资产、直升机、信息效果、后勤弹性以及新兴机器人和自主系统方面进行新的投资。《2018年陆军机器人和自主系统（RAS）战略》（澳大利亚陆军，2018年）将集群技术确定为国防的力量倍增器，产生的质量将使更少的人实现比现在更大的输出能力。这些技术为国防部开发跨领域效果提供了新的机会，提供了以前不可能实现的持久和可扩展的能力

本文通过对学术界、行业和联盟合作伙伴努力的高水平回顾，概述了群体和反群体研究和技术的现状。第一部分是对学术文献的系统调查，第二部分是对公众可获得的群体和相关项目的调查。其目的是告知当前的能力状态，阐明当前的努力和挑战，并确定未来群和反群防御能力生成的优先选择。澳大利亚附近地区的技术进步正在加速发展破坏性的参与，在多个领域部署了不对称的能力。[1]

首先，我们讨论群集、群智能和集群系统。我们提出了术语群集作为一种策略，因为群集可能是一种部队用来实现其期望的最终状态的计划。《澳大利亚国防词汇表》（ADG）指出，集群是“大量的自主系统相互协作，以协调一致的方式行动和响应，从而提供压倒性的效果”。ADG对群集的定义意味着，这种策略只能由大量的代理人[2]（类似于瘟疫）实施，以提供压倒性的效果。然而，并非所有使用群集策略的系统都可能构成瘟疫。例如，一群羊可能会采用成群的策略来支持生存策略

将群集作为系统应用的策略，系统实现群集策略的特性是群集智能。群体智能是代理人表现出的自我组织的集体行为（Bayındır，2016），因此，指定代理人之间交互的规则是基于纯粹的本地信息执行的，而不参考全球模式，并且是系统的一种涌现性质，而不是由外部有序影响强加的性质（Bonabeu，Theraulaz，&；Dorigo，1999）

考虑到群集策略和群集智能的特性，Abbass和Hunjet（2020）提供的群集系统的定义是合适的：一个团队，使用同步策略在空间和时间上对齐个体的行动。类似地，Farina、Chisci和Fedi（2017）定义了一个群体系统，该系统采用了群集策略，将其定义为由不涉及任何中央协调的个体遵循的简单规则产生的紧急行为。群集策略的一个推论是，群集不需要在每个代理内部进行复杂的自治工程，这是利用群集智能的特性实现的，并由群集系统能力使用。相反，自主性分布在整个群体中，这简化了单个代理的设计并降低了成本，从而产生了效果

我们将群集策略定义为一组自治代理的同步动作，以提供协调效果。[3] 我们将群体智能的性质定义为一组自主智能体集体自我组织的能力。我们将集群系统能力定义为一个由强大、灵活和可扩展的代理组成的团队，他们共同行动以实现效果。ADG将对策定义为一旦检测到威胁，用于防止成功利用漏洞的反应性方法。通过这一视角，并考虑到集群系统将显示出鲁棒性、灵活性和可扩展性（涌现），我们将术语“反集群”定义为“攻击性和防御性措施”，用于拒绝某一能力实现集群效应

不同的军队正在探索从概念到研究和物理试验等多个方面的群体相关能力用于地下群探测的自主水下机器人（AUV）研究以及用于未来地面平台群防御的定向能武器。陆地方面的工作重点是对多辆无人地面车辆（UGV）的引导和控制，而空中领域的研究工作则大力支持具有小规模物理测试的联合自主协作平台。蜂群演示已经成功地在军事环境中整合并测试了数量从20到250不等的异构蜂群

[1]澳大利亚国防军的多领域打击概念将五个领域定义为陆地、空中、海上、太空和网络

[2]代理是一种计算机系统，它能够自主决定满足其设计目标所需的行为，并能够与其他代理交互。ADG对智能体的定义仅考虑计算机系统，而Sahin（2005）将自主机器人定义为世界上的一个物理实施例，它可以与世界物理交互并自主。根据给出的定义，代理和自主机器人都可以与其他代理交互。我们在这项工作中将代理定义为团队或系统的自治组件，能够与其他代理或系统交互。代理可以具有物理形式或是能够自主控制物理致动器的计算机系统

[3]这仍然是一个部分不完整的定义。传统的集群是由分散的协调工作定义的；然而，一些现代集群系统也包含了集中协调的元素。这反映了群体系统特征的快速演变状态，未来可能需要进一步研究。因此，识别和区分群集效应和群集行为是很重要的。为了产生群集效应，该系统要求其代理不仅具有群集行为，而且具有共同的目标和同步机制

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