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不用導(dǎo)航系統(tǒng) 這款無人機能夠“自制”地圖飛行

發(fā)布日期:2016-08-27??來源:界面我要投稿我要評論
 

(原標(biāo)題:【工業(yè)之美】不用導(dǎo)航系統(tǒng) 這款無人機能夠“自制”地圖飛行)

無人機技術(shù)的應(yīng)用前景一直是備受關(guān)注的一個話題。最早的無人機是作為航拍的工具,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,無人機的應(yīng)用范圍越來越廣,在農(nóng)業(yè)上可以幫助農(nóng)民進(jìn)行農(nóng)作物檢測和農(nóng)藥噴灑;在建筑業(yè)可以對建筑物進(jìn)行3D掃描建模;再到軍事上入海偵測跟蹤海底潛水艇等等。無論是軍用領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域,無人機技術(shù)都發(fā)揮了獨特的作用。

但是,這些作用絕大多數(shù)離不開無人機的一個技術(shù)區(qū)域——導(dǎo)航系統(tǒng),也就是通常所說的運用衛(wèi)星導(dǎo)航原理的GPS定位系統(tǒng)。據(jù)英國《每日郵報》報道,在人口密集度大、環(huán)境相對雜亂比如濕地和樹林的區(qū)域,GPS技術(shù)由于受干擾過大,往往會使無人機“暈頭轉(zhuǎn)向”,甚至有信號被切斷的意外。除此之外,GPS的導(dǎo)航并不是非常精細(xì),對于一些地形復(fù)雜、障礙物多的區(qū)域地圖記錄有限,和普通的人機交互的飛行器遇到的問題一樣,為了避免被挾持無人機需要一個類似“防火墻”的系統(tǒng)。這些局限都限制了無人機的應(yīng)用推廣。

“我們通常所說的無人機,實際上大多數(shù)都是受人們控制飛行的,而不是真正意義上的自動飛行器,大體積的無人機則需要一個飛行團(tuán)隊來控制。”賓夕法尼亞大學(xué)的Vijay Kumar教授在TED演講中說道,他在演講中不僅提出了“自動無人機”概念,并展示了他和學(xué)生研發(fā)的能夠自動飛行的無人機。

不用導(dǎo)航系統(tǒng) 這款無人機能夠“自制”地圖飛行

自動飛行無人機和它的創(chuàng)始人。

不用導(dǎo)航系統(tǒng) 這款無人機能夠“自制”地圖飛行

這種無人機由我們平常見到那種普通的擁有小型直升機、四個螺旋槳的無人機改造而成,“我們稍微改造了一下在超市買到的那種體積很小的無人機,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,總共不過幾磅重。”Vijay Kumar介紹道。

沒有衛(wèi)星導(dǎo)航,這些無人機如何準(zhǔn)確地從一個地點飛到另一個地點呢?這與無人機飛行的原理有很大關(guān)系。無人機一般有四個螺旋槳,當(dāng)四個螺旋槳轉(zhuǎn)速相同時,就平衡地飄浮在空中,如果其中一個螺旋槳進(jìn)行加速那無人機會朝那個方向加速飛去,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,無人機就能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。通過四個螺旋槳速度的變化,無人機可以不斷改變自己的飛行速度和方向。

不用導(dǎo)航系統(tǒng) 這款無人機能夠“自制”地圖飛行

無人機螺旋槳工作原理

Kumar和他的學(xué)生團(tuán)隊正是利用了這個原理,他們創(chuàng)造了一種新的算法程序,使得裝在無人機上的處理器在判斷四個螺旋槳需要執(zhí)行哪些動作后,快速把它們組合起來,然后決定給螺旋槳下什么指令。“我們的處理器可以實現(xiàn)一秒鐘600次指令,來穩(wěn)定控制這個無人機,所以它的反應(yīng)是非常靈敏的。”Kumar介紹道。

除此之外,他們還在無人機上安裝了一個微型動態(tài)監(jiān)控攝像機,通過每秒記錄一百幅畫面來輔助處理器快速做出反應(yīng),不僅告訴無人機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的情況,處理器也可以快速預(yù)測怎么才能最有效地鉆過去。“我們的處理器會創(chuàng)造一個光滑優(yōu)雅的運動曲線,來提醒無人機繞開障礙物,而無人機也能夠記住自己走過的所有軌跡。”Kumar說。

除了處理器和攝像機,Kumar和他的學(xué)生團(tuán)隊還給無人機裝上了激光測距儀和激光掃描儀,使得無人機在進(jìn)入一個完全陌生的環(huán)境時,可以利用這些來自己制作描繪周圍環(huán)境的地圖,而這個地圖與我們普通所見的地圖不同,包括窗戶、玄關(guān)、人和家具等很多細(xì)節(jié),同時還能弄清相對于這些東西無人機自己的位置在哪里,甚至能找到出路。

不用導(dǎo)航系統(tǒng) 這款無人機能夠“自制”地圖飛行

無人機自制地圖的過程記錄

“與普通的無人機不一樣的是,這種無人機所有的運動都是自主的,我們所做的只是給它們一個藍(lán)圖。”Kumay提到,而普通無人機往往需要有人來輔助完成協(xié)調(diào)系統(tǒng)。這款無人機的原理來自于一種沙漠螞蟻,Kumar介紹說,這種螞蟻一起搬運重物時,沒有任何中央調(diào)控,也沒有明確交流,卻能夠靠著感應(yīng)鄰近的螞蟻和抬著的重物來形成一種默契,以同樣的速度和同一個方向去挪動重物。

不用導(dǎo)航系統(tǒng) 這款無人機能夠“自制”地圖飛行

沙漠螞蟻搬運重物

目前這款無人機已經(jīng)實現(xiàn)在日本核反應(yīng)大樓中探測放射性強度,但Kumar也表示這種無人機由于體積很小,在搬運大型重物和探測廣闊環(huán)境時可能需要數(shù)量非常多,這樣難免會出現(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,它們會自己“組隊”,并依據(jù)環(huán)境不斷變換適合的隊形,作為報警器去陌生環(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人機往往必須經(jīng)過嚴(yán)格的培訓(xùn),并取得無人機飛行的認(rèn)證,但這一類自動化技術(shù)運用在無人機上后,將使得它們能夠真正實現(xiàn)自主飛行,不需要人們的操作,這意味著普通人在未來也能夠運用無人機。

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