可從垂直起降（VTOL）轉(zhuǎn)換為固定翼飛行的混合動力無人機在軍事和民用應(yīng)用中都越來越受歡迎。但是，由于這種飛機的空氣動力學(xué)在飛行過程中會發(fā)生巨大變化，因此控制這種設(shè)計非常困難?，F(xiàn)在，科學(xué)家正在使用人工智能（AI）來幫助自動設(shè)計任何此類混合動力無人機的遙控器。
固定翼飛機可以比多旋翼飛機更高效，從而在類似功率的情況下具有更長的航程，更大的續(xù)航能力和更高的速度。另一方面，多旋翼飛機不僅可以低速盤旋和飛行，而且還可以在沒有跑道或復(fù)雜的發(fā)射和恢復(fù)裝置的情況下起降。
能夠在固定翼和VTOL飛行之間進行轉(zhuǎn)換的混合動力飛機具有兩者的許多優(yōu)點，這使得它們對于平民來說具有潛在的用處，比如說他們可以在不需要著陸帶的情況下將它們從農(nóng)場上飛下來，就像在軍事上一樣，它們可以以相同的自由度從叢林，山脈，艦船甲板和城市戰(zhàn)場飛出。這些可轉(zhuǎn)換式飛機種類繁多，例如傾斜式機翼（裝有螺旋槳的機翼可在垂直和水平位置之間旋轉(zhuǎn)）和尾座機，其尾翼起降并著陸，可水平傾斜以向前飛行。
轉(zhuǎn)換演變
自1950年代以來，美國軍方就開始研究可轉(zhuǎn)換飛機，但是有人駕駛的原型機經(jīng)常會遭受機械復(fù)雜性和其他問題的困擾，例如傾斜機翼在從一種飛行形式轉(zhuǎn)換為另一種飛行形式時如何經(jīng)常失速，或者后座保鏢如何顯得笨拙讓飛行員在起飛和降落時坐在那里。鑒于無人飛行器通常比同等大小的載人飛行器具有更少的機械復(fù)雜性和有效載荷約束，無人駕駛飛行器（UAV）的出現(xiàn)重新引起了人們對混合動力飛機的興趣。電動機效率的現(xiàn)代提高和電子組件的日益小型化也使混合動力汽車比以往任何時候都更可行。
然而，遠程控制混合無人機仍然是一個挑戰(zhàn)。考慮到旋翼和機翼如何活躍，當(dāng)空氣動力學(xué)特別復(fù)雜時，科學(xué)家通常不僅要為直升機和飛機模式開發(fā)控制器，還要為這些模式之間的轉(zhuǎn)換開發(fā)控制器。因此，設(shè)計混合無人機的控制器目前需要專家“手動調(diào)整數(shù)百個參數(shù)，”麻省理工學(xué)院計算機科學(xué)博士學(xué)位的研究員許潔說。
此外，鑒于各種類型的混合無人機之間通常存在巨大差異，研究人員通常無法將控制器從一種轉(zhuǎn)移到另一種，因此他們需要從頭開始為每種新型混合無人機設(shè)計控制器。所有這些勞動強度大，耗時的工作有助于迄今為止到目前為止僅探索了可能的混合無人機的一小部分。
人工智能解決方案
現(xiàn)在，Xu和他的同事們已經(jīng)開發(fā)出一種自動設(shè)計混合無人機的控制器的方法。他們的系統(tǒng)可以為混合動力無人機的所有不同飛行模式設(shè)計單個控制器，并且可以應(yīng)用于任何類型的混合動力無人機。
研究人員采用了一種稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的AI系統(tǒng)，其中被稱為“神經(jīng)元”的組件被饋送數(shù)據(jù)并協(xié)作解決諸如識別人臉的問題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反復(fù)調(diào)整其神經(jīng)元之間的連接，并查看所產(chǎn)生的行為模式是否更能解決問題。隨著時間的流逝，網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)哪種模式最適合計算解決方案。然后，它將這些作為默認(rèn)值，模仿人腦中的學(xué)習(xí)過程。
在新系統(tǒng)中，用戶首先通過從數(shù)據(jù)集中選擇組件來設(shè)計混合無人機的幾何形狀。然后，系統(tǒng)通過模擬器運行該設(shè)計，以計算該設(shè)計的飛行性能。該模擬器考慮了現(xiàn)實問題，例如隨機傳感器噪聲和控制信號延遲。然后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動開始學(xué)習(xí)無人機的控制器如何在仿真中達到最佳性能。
研究人員使用激光切割和3D打印技術(shù)制造了三種不同類型的混合無人機，從而驗證了他們的系統(tǒng)，并使用所得的控制器成功進行了實際飛行測試。“這項工作的最大優(yōu)勢是加快了混合動力無人機的設(shè)計過程，” Xu說。“每個人都可以使用這種新型的無人機設(shè)計。”
控制器無需區(qū)分直升機模式和飛行模式，也無需明確處理模式之間的轉(zhuǎn)換。例如，控制器將純粹根據(jù)其速度自動調(diào)整尾槳混合動力無人機的方向，將其設(shè)置為低速時為直升機模式，高速時為飛機模式。
徐告誡說，該系統(tǒng)目前僅支持簡單飛行。研究人員計劃研究增加設(shè)計可操作性的方法，例如通過轉(zhuǎn)子或機翼的位置或形狀，以便系統(tǒng)“可以計算出更為復(fù)雜的運動”。
研究人員已在軟件開發(fā)平臺GitHub上公開了其系統(tǒng)的代碼。“我們希望對這項技術(shù)感興趣的所有人都能共享這項技術(shù)，”徐說。
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