有人曾經(jīng)問比爾•蓋茨為什么能成為世界首富,他回答:因?yàn)轭A(yù)見到了20年后人們的生活。
比爾蓋茨(資料圖)
那么,未來無人機(jī)的發(fā)展將在哪些技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破呢?
一、動(dòng)力技術(shù)
續(xù)航能力是目前制約無人機(jī)發(fā)展的重大障礙,消費(fèi)級多旋翼續(xù)航時(shí)間基本在20min左右,用戶外出飛行不得不攜帶多塊電池備用,造成使用作業(yè)的極大不便。無人機(jī)必須在動(dòng)力方面實(shí)現(xiàn)突破才能走上新的革命性高度。
1. 新型電池
2015年,來自加拿大蒙特利爾的Energy Or技術(shù)有限公司報(bào)道采用燃料電池的四旋翼進(jìn)行了3小時(shí)43分鐘續(xù)航飛行。此外,石墨烯、鋁空氣電池、納米電池這三項(xiàng)電池技術(shù)有望成為未來電池世界的希望。人們對這些新的電池技術(shù)有著十分迫切的需求。它們將首先會(huì)被應(yīng)用到手機(jī)和電動(dòng)汽車,隨后可配備于多旋翼。
翼飛智能EA6-160植保無人機(jī)
2.混合動(dòng)力
2015年,美國初創(chuàng)公司TopFlight Technologies報(bào)道自己開發(fā)混合動(dòng)力六旋翼無人機(jī)。該六旋翼僅需要1加侖汽油,便可以飛行兩個(gè)半小時(shí),約160公里的距離,最高負(fù)重達(dá)約9公斤。另外,一家來自德國的公司Airstier推出了一款多旋翼。該多旋翼采用油電混合動(dòng)力,有效載荷5公斤,可飛行1個(gè)小時(shí)。
4.無線充電
無線充電技術(shù)已經(jīng)在手機(jī)、電動(dòng)牙刷等電子產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)市場化,并正在電動(dòng)汽車領(lǐng)域開展深入應(yīng)用。來自德國柏林的初創(chuàng)公司Sky Sense在無人機(jī)戶外充電方面提供了一種解決方案:研發(fā)出一塊可以為無人機(jī)進(jìn)行無線充電的平板。Sky Sense的最大特點(diǎn)是可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,無人機(jī)的降落—充電—起飛全過程可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn),不需要有人在現(xiàn)場進(jìn)行干預(yù)和輔助。如果充電時(shí)間更快,那么無線充電技術(shù)將會(huì)極大地幫助多旋翼進(jìn)行長途飛行。
翼飛智能E4-60航拍無人機(jī)
二、導(dǎo)航技術(shù)
無人機(jī)準(zhǔn)確地知道自己“在哪兒”、“去哪兒”,幾乎是類似于人類“從哪里來、到哪里去”的哲學(xué)問題,在無人機(jī)的任何發(fā)展階段都是繞不開的問題。
1.定位技術(shù)
(1)GPS載波相位定位
目前正在這方面開展研究的項(xiàng)目有:Swift Navigation公司開發(fā)的Piksi; 日本東京海洋大學(xué)開發(fā)的RTKLIB開源項(xiàng)目(http://www.rtklib.com/)。
(2)多信息源定位
英國軍方BAE 最近公布了他們研發(fā)的名為NAVSOP的定位技術(shù)。該技術(shù)將利用包括TV、收音機(jī)、Wi-Fi 等等信息定位,彌補(bǔ)GPS 的不足。
(3)UWB (Ultra Wideband,超寬帶)無線定位
相關(guān)研究可參考:J D Hol, et al. Tightlycoupled UWB/IMU pose estimation. In:Proceedingsof the IEEE InternationalConference on Ultra-Wideband. New York, USA: IEEE, 2009.
2. 測速技術(shù)
目前公認(rèn)的比較精確的測速方案是通過“視覺(光流)+超聲波+慣導(dǎo)”的融合。AR.Drone是最早采用該項(xiàng)技術(shù)的多旋翼飛行器,極大提升了飛行器的可操控性,獲得了巨大的成功。
PX4Flow傳感器
3. 避障技術(shù)
讓飛行中的無人機(jī)“長眼鏡”,能夠識別飛行路徑上的障礙物,并準(zhǔn)確繞飛或懸停,是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)智能化的重要一步。未來無人機(jī)避障技術(shù)將在這些方面實(shí)現(xiàn)突破:
(1)深度相機(jī)避障技術(shù);
(2)聲吶系統(tǒng)避障技術(shù);
(3)“視覺+憶阻器”避障技術(shù);
(4)雙目視覺避障技術(shù);
(5)小型電子掃描雷達(dá);
(6)激光掃描測距雷達(dá);
(7)四維雷達(dá)。
Panoptes的eBumper4(聲吶避障)
4.跟蹤技術(shù)
識別目標(biāo)并進(jìn)行跟蹤飛行,減輕使用者的操作負(fù)擔(dān),并能夠利用無人機(jī)執(zhí)行特殊環(huán)境條件下的特殊任務(wù)。智能跟蹤主要有:
(1)GPS跟蹤;
(2)視覺跟蹤。
目前在大疆Phantom4等先進(jìn)機(jī)型上這些技術(shù)都已經(jīng)有所體現(xiàn)。
未來無人機(jī)的發(fā)展將在哪些技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破呢?
三、交互技術(shù)
無人機(jī)目前主要通過遙控器進(jìn)行飛行控制,需要專業(yè)訓(xùn)練,具有一定的局限性。隨著新技術(shù)的發(fā)展,無人機(jī)應(yīng)簡化對操作人員的要求,提升用戶體驗(yàn)。
(1)手勢控制技術(shù)
手勢交互是一種未來人機(jī)交互的趨勢,目前在精確度上存在挑戰(zhàn)。在CES2014的展場上,有利用MYO手勢控制臂帶來控制AR.Drone2.0四旋翼的演示。
智能手勢臂環(huán)操控?zé)o人機(jī)
(2)腦機(jī)接口技術(shù)
近年來,科研人員在多個(gè)領(lǐng)域都運(yùn)用到了BCI(Brain Computer Interface,腦機(jī)接口技術(shù))技術(shù),科員人員運(yùn)用該技術(shù)制作新型玩具、為殘疾人制作義肢。作為需要安全性較高的飛行器,這種方式目前還不成熟。它可作為一種驗(yàn)證性質(zhì)的技術(shù)展示,離實(shí)際還有不少距離。
翼飛智能F-400固定翼-測繪無人機(jī)
五、芯片技術(shù)
(1)2014年CES上,高通和英特爾展示了功能更為豐富的多軸飛行器。例如,高通CES上展示的Snapdragon Cargo無人機(jī)是基于高通Snapdragon芯片開發(fā)出來的飛行控制器,它有無線通信、傳感器集成和空間定位等功能。2015年9月,據(jù)美國科技新聞網(wǎng)站Engadget報(bào)道,高通已經(jīng)為無人機(jī)市場推出了一個(gè)芯片解決方案,名為“驍龍飛行平臺”。
英特爾CEO Brian Krzanich也親自在CES上演示了他們的無人機(jī),采用了四核的英特爾凌動(dòng)(Atom)處理器的PCI-express定制卡。此外,活躍在在機(jī)器人市場的歐洲處理器廠商XMOS也表示已經(jīng)進(jìn)入到無人機(jī)領(lǐng)域。
Snapdragon Flight at CES 2016 Sneak Peek.
(2)3DR發(fā)表聲明與Intel英特爾共同合作開發(fā)Edison芯片,這是一種新型微型處理芯片。它只有一個(gè)硬幣的大小,卻具有個(gè)人電腦一樣的處理能力。
(3)目前,包括IBM在內(nèi)的多家科技公司都在模擬大腦,開發(fā)神經(jīng)元芯片。而一旦類似芯片被應(yīng)用于無人機(jī),自主反應(yīng)、自動(dòng)識別有望會(huì)變得輕而易舉。
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