（原標(biāo)題：【工業(yè)之美】不用導(dǎo)航系統(tǒng) 這款無(wú)人機(jī)能夠“自制”地圖飛行）
無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用前景一直是備受關(guān)注的一個(gè)話題。最早的無(wú)人機(jī)是作為航拍的工具，以“上帝視角”記錄令人驚嘆的航拍照片和視頻。而后隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，在農(nóng)業(yè)上可以幫助農(nóng)民進(jìn)行農(nóng)作物檢測(cè)和農(nóng)藥噴灑；在建筑業(yè)可以對(duì)建筑物進(jìn)行3D掃描建模；再到軍事上入海偵測(cè)跟蹤海底潛水艇等等。無(wú)論是軍用領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)技術(shù)都發(fā)揮了獨(dú)特的作用。
但是，這些作用絕大多數(shù)離不開(kāi)無(wú)人機(jī)的一個(gè)技術(shù)區(qū)域——導(dǎo)航系統(tǒng)，也就是通常所說(shuō)的運(yùn)用衛(wèi)星導(dǎo)航原理的GPS定位系統(tǒng)。據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道，在人口密集度大、環(huán)境相對(duì)雜亂比如濕地和樹(shù)林的區(qū)域，GPS技術(shù)由于受干擾過(guò)大，往往會(huì)使無(wú)人機(jī)“暈頭轉(zhuǎn)向”，甚至有信號(hào)被切斷的意外。除此之外，GPS的導(dǎo)航并不是非常精細(xì)，對(duì)于一些地形復(fù)雜、障礙物多的區(qū)域地圖記錄有限，和普通的人機(jī)交互的飛行器遇到的問(wèn)題一樣，為了避免被挾持無(wú)人機(jī)需要一個(gè)類(lèi)似“防火墻”的系統(tǒng)。這些局限都限制了無(wú)人機(jī)的應(yīng)用推廣。
“我們通常所說(shuō)的無(wú)人機(jī)，實(shí)際上大多數(shù)都是受人們控制飛行的，而不是真正意義上的自動(dòng)飛行器，大體積的無(wú)人機(jī)則需要一個(gè)飛行團(tuán)隊(duì)來(lái)控制。”賓夕法尼亞大學(xué)的Vijay Kumar教授在TED演講中說(shuō)道，他在演講中不僅提出了“自動(dòng)無(wú)人機(jī)”概念，并展示了他和學(xué)生研發(fā)的能夠自動(dòng)飛行的無(wú)人機(jī)。
自動(dòng)飛行無(wú)人機(jī)和它的創(chuàng)始人。
這種無(wú)人機(jī)由我們平常見(jiàn)到那種普通的擁有小型直升機(jī)、四個(gè)螺旋槳的無(wú)人機(jī)改造而成，“我們稍微改造了一下在超市買(mǎi)到的那種體積很小的無(wú)人機(jī)，去掉導(dǎo)航系統(tǒng)，加上自主研發(fā)的感應(yīng)器和處理器等，總共不過(guò)幾磅重。”Vijay Kumar介紹道。
沒(méi)有衛(wèi)星導(dǎo)航，這些無(wú)人機(jī)如何準(zhǔn)確地從一個(gè)地點(diǎn)飛到另一個(gè)地點(diǎn)呢？這與無(wú)人機(jī)飛行的原理有很大關(guān)系。無(wú)人機(jī)一般有四個(gè)螺旋槳，當(dāng)四個(gè)螺旋槳轉(zhuǎn)速相同時(shí)，就平衡地飄浮在空中，如果其中一個(gè)螺旋槳進(jìn)行加速那無(wú)人機(jī)會(huì)朝那個(gè)方向加速飛去，而如果任意兩端的螺旋槳的轉(zhuǎn)速大于其他兩端的轉(zhuǎn)速，無(wú)人機(jī)就能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。通過(guò)四個(gè)螺旋槳速度的變化，無(wú)人機(jī)可以不斷改變自己的飛行速度和方向。
無(wú)人機(jī)螺旋槳工作原理
Kumar和他的學(xué)生團(tuán)隊(duì)正是利用了這個(gè)原理，他們創(chuàng)造了一種新的算法程序，使得裝在無(wú)人機(jī)上的處理器在判斷四個(gè)螺旋槳需要執(zhí)行哪些動(dòng)作后，快速把它們組合起來(lái)，然后決定給螺旋槳下什么指令。“我們的處理器可以實(shí)現(xiàn)一秒鐘600次指令，來(lái)穩(wěn)定控制這個(gè)無(wú)人機(jī)，所以它的反應(yīng)是非常靈敏的。”Kumar介紹道。
除此之外，他們還在無(wú)人機(jī)上安裝了一個(gè)微型動(dòng)態(tài)監(jiān)控?cái)z像機(jī)，通過(guò)每秒記錄一百幅畫(huà)面來(lái)輔助處理器快速做出反應(yīng)，不僅告訴無(wú)人機(jī)它們自己的位置和障礙物的具體位置，甚至遇到障礙物突然移動(dòng)的情況，處理器也可以快速預(yù)測(cè)怎么才能最有效地鉆過(guò)去。“我們的處理器會(huì)創(chuàng)造一個(gè)光滑優(yōu)雅的運(yùn)動(dòng)曲線，來(lái)提醒無(wú)人機(jī)繞開(kāi)障礙物，而無(wú)人機(jī)也能夠記住自己走過(guò)的所有軌跡。”Kumar說(shuō)。
除了處理器和攝像機(jī)，Kumar和他的學(xué)生團(tuán)隊(duì)還給無(wú)人機(jī)裝上了激光測(cè)距儀和激光掃描儀，使得無(wú)人機(jī)在進(jìn)入一個(gè)完全陌生的環(huán)境時(shí)，可以利用這些來(lái)自己制作描繪周?chē)h(huán)境的地圖，而這個(gè)地圖與我們普通所見(jiàn)的地圖不同，包括窗戶、玄關(guān)、人和家具等很多細(xì)節(jié)，同時(shí)還能弄清相對(duì)于這些東西無(wú)人機(jī)自己的位置在哪里，甚至能找到出路。
無(wú)人機(jī)自制地圖的過(guò)程記錄
“與普通的無(wú)人機(jī)不一樣的是，這種無(wú)人機(jī)所有的運(yùn)動(dòng)都是自主的，我們所做的只是給它們一個(gè)藍(lán)圖。”Kumay提到，而普通無(wú)人機(jī)往往需要有人來(lái)輔助完成協(xié)調(diào)系統(tǒng)。這款無(wú)人機(jī)的原理來(lái)自于一種沙漠螞蟻，Kumar介紹說(shuō)，這種螞蟻一起搬運(yùn)重物時(shí)，沒(méi)有任何中央調(diào)控，也沒(méi)有明確交流，卻能夠靠著感應(yīng)鄰近的螞蟻和抬著的重物來(lái)形成一種默契，以同樣的速度和同一個(gè)方向去挪動(dòng)重物。
沙漠螞蟻搬運(yùn)重物
目前這款無(wú)人機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在日本核反應(yīng)大樓中探測(cè)放射性強(qiáng)度，但Kumar也表示這種無(wú)人機(jī)由于體積很小，在搬運(yùn)大型重物和探測(cè)廣闊環(huán)境時(shí)可能需要數(shù)量非常多，這樣難免會(huì)出現(xiàn)相互干擾的情況。但他也提到控制在一定數(shù)量范圍內(nèi)時(shí)，它們會(huì)自己“組隊(duì)”，并依據(jù)環(huán)境不斷變換適合的隊(duì)形，作為報(bào)警器去陌生環(huán)境尋找入侵者和建造摩天大樓等。
而最大的改變并不是以上這些，目前調(diào)控?zé)o人機(jī)往往必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的培訓(xùn)，并取得無(wú)人機(jī)飛行的認(rèn)證，但這一類(lèi)自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用在無(wú)人機(jī)上后，將使得它們能夠真正實(shí)現(xiàn)自主飛行，不需要人們的操作，這意味著普通人在未來(lái)也能夠運(yùn)用無(wú)人機(jī)。
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