第2卷第5期 智能系统学报 Vol.2 Na 5 2007年10月 CAAI Transactions on Intelligent Systems 0ct.2007 免疫机器人的仿生计算与控制 龚涛2蔡自兴江中央，夏洁罗一丹 (1.中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙410083：2.东华大学信息科学与技术学院，上海201620) 摘要：传统的移动机器人研究一般假设环境是安全的，为了增强机器人在危险、变化的环境中适应无人作业的能 力，提高机器人对外界干扰、攻击和破坏的抵抗力、容错力和免疫力，提出了危险环境的自体/异体建模方法和免疫 机器人的仿生计算模型与控制方法.模仿生物免疫系统，构建机器人的免疫计算模型和免疫控制结构，实现类似于 生物免疫系统的自体/异体检测辨别、学习和修复及鲁棒性、免疫性等功能.免疫机器人技术用来检测、识别和预报 危险、变化的环境检测并修复机器人的正常状态，实现恶劣环境中机器人仿生控制，具有重要的理论创新意义、明 显的技术创新价值和可观的应用前景. 关键词：免疫机器人：免疫计算：免疫控制：智能系统 中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1673-4785(2007)050007-05 Bio-inspired computation and control of immune robots GONG Tao'2,CAI Zi-xing'JIANG Zhongyang',XIA Jie'LUO Yi-dan' (1.School of Information Science and Engineering,Central South University,Changsha 410083,China ;2.College of Infor- mation Science and Technology,Donghua University,Shanghai 201620,China) Abstract:In traditional study of mobile robots it is assumed that the environment is secure and that the ro- bots will neither be attacked,nor fall prey to earthquakes,traps or volcanoes.To enhance adaptability of unmanned robots working in dangerous environments,and increase their resistance,fault tolerance and immunity against outside disturbances,attack and damage,a bio-inspired computing model and control method was proposed to create an immune robot.This biological immune system was simulated,an im- mune computation model and immune control architecture for the robots was built,and self/nomself detec- tion,recognition,learning,repair,robustness,and immunity were designed into the biological immune system.These techniques for immune robots can be used to detect,recognize and predict dangerous and variational environments,detect the states of the robots and repair them when they are in abnormal states, and carry out bio-inspired control of robots in extreme environments.These are significant theories which should lead to innovative technology and useful applications. Key words:mmune robots;immune computation;immune control;intelligent systems 移动机器人研究一般假设未知环境是安全的，型显然不适用于危险的环境.为了解决此瓶颈问题」 不会对移动机器人进行攻击，也不会出现火山地震提出了免疫机器人的概念，将人工免疫系统技术应 等危险的环境因素，但实际环境对于移动机器人来 用到移动机器人上.人工免疫系统是由免疫学理论 说经常是危险的，例如火星环境、海底环境、战场等. 和观察到的免疫功能、原理和模型启发而生成的适 如何采用新的计算与控制机制来处理危险环境，实 应性系统，是一种仿生技术，从20世纪80年代中期 现危险环境中移动机器人的导航与故障自修复是一 的免疫学研究发展而来山.1990年，Bersini等首次 个困难而富有挑战性的课题，传统的计算与控制模 使用免疫算法来求解适应性问题2).1994年，For rest等开始将免疫算法应用于计算机安全领域) 收稿日期：2007-0330. 基金项目：国家自然科学基金资助项目(60234030,60404021)：国家 1995年，Cooke和Hunt开始将免疫算法应用于机 基础研究发展计划重点资助项目(A1420060159) 器学习领域.免疫算法是一种仿生计算算法.自然 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第 2 卷第 5 期 智 能 系 统 学 报 Vol. 2 №. 5 2007 年 10 月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Oct. 2007 免疫机器人的仿生计算与控制 龚 涛1 ,2 ,蔡自兴1 ,江中央1 ,夏 洁1 ,罗一丹1 (1. 中南大学 信息科学与工程学院 ,湖南 长沙 410083 ;2. 东华大学 信息科学与技术学院 ,上海 201620) 摘 要 :传统的移动机器人研究一般假设环境是安全的 ,为了增强机器人在危险、变化的环境中适应无人作业的能 力 ,提高机器人对外界干扰、攻击和破坏的抵抗力、容错力和免疫力 ,提出了危险环境的自体/ 异体建模方法和免疫 机器人的仿生计算模型与控制方法. 模仿生物免疫系统 ,构建机器人的免疫计算模型和免疫控制结构 ,实现类似于 生物免疫系统的自体/ 异体检测、辨别、学习和修复及鲁棒性、免疫性等功能. 免疫机器人技术用来检测、识别和预报 危险、变化的环境 ,检测并修复机器人的正常状态 ,实现恶劣环境中机器人仿生控制 ,具有重要的理论创新意义、明 显的技术创新价值和可观的应用前景. 关键词 :免疫机器人 ;免疫计算 ;免疫控制 ;智能系统 中图分类号 : TP24 文献标识码 :A 文章编号 :167324785 (2007) 0520007205 Bio2inspired computation and control of immune robots GON G Tao 1 , 2 ,CAI Zi2xing 1 ,J IAN G Zhong2yang 1 ,XIA Jie 1 ,L UO Yi2dan 1 (1. School of Information Science and Engineering , Central South University , Changsha 410083 , China ;2. College of Infor2 mation Science and Technology , Donghua University , Shanghai 201620 , China) Abstract :In traditional st udy of mobile robots it is assumed t hat t he environment is secure and that t he ro2 bots will neit her be attacked , nor fall prey to earthquakes , trap s or volcanoes. To enhance adaptability of unmanned robots working in dangerous environments , and increase t heir resistance , fault tolerance and immunity against outside disturbances , attack and damage , a bio2inspired comp uting model and control met hod was p roposed to create an immune robot. This biological immune system was simulated , an im2 mune comp utation model and immune control architect ure for the robots was built , and self/ non2self detec2 tion , recognition , learning , repair , robust ness , and immunity were designed into t he biological immune system. These techniques for immune robots can be used to detect , recognize and predict dangerous and variational environments , detect t he states of the robots and repair t hem when t hey are in abnormal states , and carry out bio2inspired control of robots in extreme environments. These are significant theories which should lead to innovative technology and usef ul applications. Keywords :immune robots; immune comp utation ; immune control ; intelligent systems 收稿日期 :2007203230. 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (60234030 ,60404021) ;国家 基础研究发展计划重点资助项目(A1420060159) . 移动机器人研究一般假设未知环境是安全的 , 不会对移动机器人进行攻击 ,也不会出现火山、地震 等危险的环境因素 ,但实际环境对于移动机器人来 说经常是危险的 ,例如火星环境、海底环境、战场等. 如何采用新的计算与控制机制来处理危险环境 ,实 现危险环境中移动机器人的导航与故障自修复是一 个困难而富有挑战性的课题 ,传统的计算与控制模 型显然不适用于危险的环境. 为了解决此瓶颈问题 , 提出了免疫机器人的概念 ,将人工免疫系统技术应 用到移动机器人上. 人工免疫系统是由免疫学理论 和观察到的免疫功能、原理和模型启发而生成的适 应性系统 ,是一种仿生技术 ,从 20 世纪 80 年代中期 的免疫学研究发展而来[1 ] . 1990 年 ,Bersini 等首次 使用免疫算法来求解适应性问题[2 ] . 1994 年 ,For2 rest 等开始将免疫算法应用于计算机安全领域[3 ] . 1995 年 ,Cooke 和 Hunt 开始将免疫算法应用于机 器学习领域[4 ] . 免疫算法是一种仿生计算算法. 自然