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不用導航系統 這款無人機能夠“自制”地圖飛行

    農小科 2016-08-27 來源:

自動飛行無人機和它的創始人。

無人機技術的應用前景一直是備受關注的一個話題。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。而后隨著技術的不斷進步,無人機的應用范圍越來越廣,在農業上可以幫助農民進行農作物檢測和農藥噴灑;在建筑業可以對建筑物進行3D掃描建模;再到軍事上入海偵測跟蹤海底潛水艇等等。無論是軍用領域還是民用領域,無人機技術都發揮了獨特的作用。

但是,這些作用絕大多數離不開無人機的一個技術區域——導航系統,也就是通常所說的運用衛星導航原理的GPS定位系統。據英國《每日郵報》報道,在人口密集度大、環境相對雜亂比如濕地和樹林的區域,GPS技術由于受干擾過大,往往會使無人機“暈頭轉向”,甚至有信號被切斷的意外。

除此之外,GPS的導航并不是非常精細,對于一些地形復雜、障礙物多的區域地圖記錄有限,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。這些局限都限制了無人機的應用推廣。

“我們通常所說的無人機,實際上大多數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隊來控制?!辟e夕法尼亞大學的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,并展示了他和學生研發的能夠自動飛行的無人機。

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,去掉導航系統,加上自主研發的感應器和處理器等,總共不過幾磅重?!盫ijay Kumar介紹道。

沒有衛星導航,這些無人機如何準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系。無人機一般有四個螺旋槳,當四個螺旋槳轉速相同時,就平衡地飄浮在空中,如果其中一個螺旋槳進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速大于其他兩端的轉速,無人機就能進行旋轉。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。

無人機螺旋槳工作原理

Kumar和他的學生團隊正是利用了這個原理,他們創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一秒鐘600次指令,來穩定控制這個無人機,所以它的反應是非常靈敏的?!盞umar介紹道。

除此之外,他們還在無人機上安裝了一個微型動態監控攝像機,通過每秒記錄一百幅畫面來輔助處理器快速做出反應,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測怎么才能最有效地鉆過去。

“我們的處理器會創造一個光滑優雅的運動曲線,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?!盞umar說。

除了處理器和攝像機,Kumar和他的學生團隊還給無人機裝上了激光測距儀和激光掃描儀,使得無人機在進入一個完全陌生的環境時,可以利用這些來自己制作描繪周圍環境的地圖,而這個地圖與我們普通所見的地圖不同,包括窗戶、玄關、人和家具等很多細節,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。

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圖?!盞umay提到,而普通無人機往往需要有人來輔助完成協調系統。

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,沒有任何中央調控,也沒有明確交流,卻能夠靠著感應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。

沙漠螞蟻搬運重物

目前這款無人機已經實現在日本核反應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境時可能需要數量非常多,這樣難免會出現相互干擾的情況。

但他也提到控制在一定數量范圍內時,它們會自己“組隊”,并依據環境不斷變換適合的隊形,作為報警器去陌生環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,目前調控無人機往往必須經過嚴格的培訓,并取得無人機飛行的認證,但這一類自動化技術運用在無人機上后,將使得它們能夠真正實現自主飛行,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。來源:工業之美

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