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국가연구개발성과

성과
연구보고서 강건한 분산형 다중에이전트 심층강화학습 기반 지능형 판단 및 자율 모션제어 기법 개발
(Robust Decentralized Multi-agent Deep Reinforcement Learning Technique for Intelligent Decision-making and Autonomous Motion Control)
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등록번호 TRKO202200015955 발행년월 2022-03
발행기관명 전북대학교 발행국가/사용언어 대한민국 /국문
발주기관 한국연구재단 과제관리(전문)기관 한국연구재단
키워드 인공지능;심층학습;다중에이전트;비행에이전트;드론;
Artificial Intelligence;Deep Learning;Multi-Agent;Flight Agent;Drone;
초록
연구개요
연구의 필요성 및 중요성
1. 무인이동체 활용 확장성을 고려한 비정형(Unstructured) 환경에서 불확실성을 극복
- 비정형 환경의 대표환경인 GPS 음영 지역에서 외부 환경에 대한 센서 정보를 활용하여 자율판단 및 모션제어를 통한 자율 임무 수행 기법 제시
2. 단일 에이전트 심층강화학습 기반 다중 목적 임무 수행의 단점을 극복
- 단일 에이전트 심층강화학습은 다중 목적(Multi-Task)을 수행에 한계점 존재
- 또한, 다중 목적 임무 수행을 위한 학습에 많은 시간이 소요됨
- 희소 보상(Sparse Rewards) 또는 부분 보상값(Partial Rewards) 관측(Observation)이 될 때, 학습 성능 저하 및 불안정성 발생

연구 목표대비 연구결과
1. 비정형 및 희소보상 환경에서 강건한 분산형 다중에이전트 심층강화학습 기법 개발
⦁다중임무 동시 수행 가능한 다중에이전트 기반 심층강화학습 알고리듬 개발
- 복잡한 임무수행을 위한 분산형 다중에이전트 심층강화학습 알고리듬 개발
⦁다중 에이전트 학습을 위한 분산형 액터 학습 기법 적용
- 분산형 액터 및 Master-Slave 학습 기법
⦁희소보상에 강건한 학습 모델 개발을 위한 Curiosity 학습 기법 적용
- 희소보상 Solution 기법 기반 강건성 확대
- Curosity 학습기법 및 Random Network Distillation
⦁다중에이전트 기반 클라우드 기법 적용
2. 인공지능 에이전트 학습을 위한 혼합가상환경 구성 및 제시한 기법 성능 검증
⦁Open-Source 플랫폼 기반 가상 시뮬레이션 환경 구성
⦁생성적적대신경망(GAN)기반 실제환경 모사 가상합성데이터 생성 기법 구현
- 학습의 효율성 극대화를 위한 새로운 가상학습환경학습 기법 개발
3. 알고리듬 성능 검증을 위한 임베디드 모듈 개발 및 비행실험
⦁Nvidia GPU Xavier 모듈 탑재를 위한 파이썬 기반 임베디드 알고리듬 구현
- Python/PyTorch 프로그래밍 기반으로 TensorFlow/Keras 심층학습 라이브러리를 이용
- 엣지컴퓨팅 기반 임베디드 알고리듬 구현 및 Xavier/TX2 탑재
⦁비행로봇 탑재 및 실내/실외 비행 실험을 통한 성능 검증
- 새로운 고등 심층강화학습 알고리듬 성능 검증 비행플랫폼 구성

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
1. 기술적 측면
- 심층 강화학습 기법이 가지고 있는 이슈에 대한 해결방안 제시를 통해 이 분야에서 세계적 수준의 기술적 우위 확보
- 임베디드 모듈 및 탑재화를 통해, 무인이동체 제품의 안정화 및 지능화로 실제 제품시장에서의 기술적 우위 제공 가능
- 성공적으로 개발 시 다른 무인 시스템에도 적용이 가능하며, 인공지능 기반 안정성과 신뢰성을 향상시킴으로써 무인 자율시스템의 상용화를 위한 개발 가속화
2. 경제적 측면
- 향상된 자율비행 신기술 적용을 통한 산업 경쟁력 증대 기대
- 관련기술의 기술이전을 통한 무인이동체 상용화 및 사업화 가치 창출 기대
- GPS 음영 및 비정형환경 활용에서 안정성과 신뢰성을 향상함으로써 사회적 재산 및 안전 분야활용을 통한 국민 안전 증진 가능

(출처 : 요약문 2p)

목차
표지 ... 1
연구결과 요약문 ... 2
목차 ... 3
1. 연구개발과제의 개요 ... 4
가. 연구의 필요성 ... 4
나. 연구의 목적 ... 4
다. 연구 최종 목표 ... 5
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
가. 연구개발 내용 및 방법 ... 5
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
3) 목표 달성 수준 ... 13
4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
가. 기술적 측면 ... 13
나. 경제적 측면 ... 13
5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
6. 참고문헌 ... 15
[붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
[붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
끝페이지 ... 31

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