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抛弃导航?无人机“自制”地图飞起来!

无论是农田作物监测、农药喷洒,还是对建筑物3D扫描建模,亦或是军事上入海侦测跟踪潜水艇,随着无人机在越来越多的领域发挥作用,这项技术的应用前景被大为看好。

不过,目前,即便是发挥独特作用的无人机也离不开卫星导航定位系统的支持。 最近,宾夕法尼亚大学的Vijay Kumar教授在最新的一次TED演讲中不仅提出了“自动无人机”概念,并展示了他和学生研发的能够自动飞行的无人机。

Vijay Kumar

Vijay Kumar

“我们只是在超市就能买到的小体积无人机身上去掉导航系统后,再加上自主研发的感应器和处理器等,就实现了新的只有磅重的‘自动无人机’。” Vijay Kumar介绍。

如何在没有导航系统的情况下,准确飞抵目的区域?Vijay Kumar表示,该款无人机利用无人机本身的飞行原理来进行改造, “以四个螺旋桨的无人机为例,当它们转速相同时,则将平衡地飘浮空中,但如果其中一个螺旋桨进行加速,那无人机则立刻朝加速方的螺旋桨加速飞走。而如果任意两端的螺旋桨转速都大于其他两端的转速,无人机就能进行旋转。通过四个螺旋桨速度的变化,无人机可以不断改变自己的飞行速度和方向。”

螺旋桨转速讲解

螺旋桨转速讲解

在此技术长,Vijay Kumar和他的学生创造一种新的算法程序,使得装在无人机上的处理器在判断四个螺旋桨需要执行哪些动作后,快速把它们组合起来,然后决定给螺旋桨下什么指令。“我们的处理器可以实现一秒钟600次指令,来稳定控制这个无人机,所以它的反应是非常灵敏的。”Kumar介绍道。

自动无人机

自动无人机

除此以外,Kumar团队还在无人机上安装了一个微型动态监控摄像机,通过每秒记录一百幅画面来辅助处理器快速做出反应,不仅告诉无人机它们自己的位置和障碍物的具体位置,甚至遇到障碍物突然移动的情况,处理器也可以快速预测怎么才能最有效地钻过去。“我们的处理器会创造一个光滑优雅的运动曲线,来提醒无人机绕开障碍物,而无人机也能够记住自己走过的所有轨迹。”Kumar说。

除了处理器和摄像机,这款自动无人机还被装上了激光测距仪和激光扫描仪,使得它在进入一个陌生环境时,可利用这些来自行制作描绘周围环境的地图。不过这个地图与我们普通所见的地图不同,包括窗户、玄关、人和家具等很多细节。同时,无人机还能自行弄清,相对这些东西自己的位置在哪里,甚至能找到出路。

“与普通的无人机不一样的是,这种无人机所有的运动都是自主的,我们所做的只是给它们一个蓝图。”Kumar提到,而普通无人机往往需要有人来辅助完成协调系统。这款无人机的原理来自于一种沙漠蚂蚁,Kumar介绍说,这种蚂蚁一起搬运重物时,没有任何中央调控,也没有明确交流,却能够靠着感应邻近的蚂蚁和抬着的重物来形成一种默契,以同样的速度和同一个方向去挪动重物。

目前,这款无人机已经在日本核反应大楼中探测放射性强度,但Kumar也表示这种无人机由于体积小,在搬运大型重物和探测广阔环境时可能需要数量非常多,难免会出现相互干扰的情况。但他也提到,当数量控制在一定范围内,它们会自己“组队”,并依据环境不断变换适合的队形,作为报警器去陌生环境寻找入侵者和建造摩天大楼等。

而最大的改变并不是以上这些。目前市场上现有的调控无人机往往必须经过严格培训,并取得无人机飞行的认证,但Kumar团队的这一类自动化技术运用在无人机上后,将使得它们能够真正实现自主飞行,不需要人们的操作,这意味着普通人在未来也能够运用无人机。

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