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无人机的发(fā)展(zhǎn)将在(zài)哪些(xiē)技术领域实(shí)现突破?

 

一、动力技术(shù)

续航能力是(shì)目前(qián)制约无人机发展的重大障碍,消费级多旋翼(yì)续航时间(jiān)基本在(zài)20min左右,用户外出(chū)飞行不得不携带(dài)多块电池(chí)备用,造成(chéng)使用(yòng)作业的(de)极大不便。无人机必须在动力方面实现突破才能(néng)走(zǒu)上新的革命(mìng)性(xìng)高(gāo)度。

1. 新型电池

2015年(nián),来自加拿大蒙特利尔(ěr)的Energy Or技(jì)术有(yǒu)限公司报道采用燃料电池的(de)四旋翼进行了3小时43分钟续(xù)航飞行。此外,石(shí)墨(mò)烯、铝空气电池(chí)、纳米电池这三项电池(chí)技术有望成为未来电池世界的希望。人们对这些新的电池(chí)技术有(yǒu)着十(shí)分迫切的需求(qiú)。它们将(jiāng)首先(xiān)会被应用到手机(jī)和电(diàn)动汽车,随(suí)后可配备于多旋翼。

2. 混(hún)合动(dòng)力(lì)

2015年,美国初创公司Top Flight Technologies报道自己开发混合(hé)动力六旋翼无人机。该(gāi)六旋翼仅需要1加(jiā)仑汽油,便可以飞行两个半小时,约160公(gōng)里的距离,最(zuì)高负重(chóng)达约9公斤。另外,一家来自德国的公司(sī)Airstier推出了一款多(duō)旋翼(yì)。该多旋翼采(cǎi)用油(yóu)电混合动力,有效载(zǎi)荷5公斤,可飞行1个小时。

3. 地面供电

采用地面供电的(de)系留多旋翼,通过电缆将电能源源不断输送(sòng)给多旋(xuán)翼,可以极大(dà)提(tí)升多(duō)旋翼(yì)的滞空时间。比如:以色列公司Skysapience旋翼(yì)。

4. 无线充电

无线充电(diàn)技术(shù)已经在手(shǒu)机、电动牙刷等电子产(chǎn)品上实现市场化,并(bìng)正在电动汽车领(lǐng)域开展深入应用(yòng)。来自德国(guó)柏(bǎi)林(lín)的初创公(gōng)司Sky Sense在(zài)无人机户外充电方(fāng)面提供了一种解决(jué)方案:研发出一块(kuài)可以为无(wú)人机进行无线(xiàn)充(chōng)电的平板。Sky Sense的最(zuì)大(dà)特点(diǎn)是可以进(jìn)行远(yuǎn)程控制,无(wú)人机的降(jiàng)落—充(chōng)电(diàn)—起飞全过程可(kě)以独(dú)立实现,不需要有人在现场进行干预和辅(fǔ)助(zhù)。如果充(chōng)电时间更快(kuài),那么无线充电技术将会(huì)极大(dà)地帮助(zhù)多旋翼(yì)进行长(zhǎng)途飞行。

二、导(dǎo)航技术

无人机(jī)准确地知道自己(jǐ)“在哪儿(ér)”、“去哪(nǎ)儿(ér)”,几乎是类似于人类“从哪(nǎ)里来、到哪(nǎ)里去”的哲学问(wèn)题(tí),在(zài)无人机(jī)的任何发展阶(jiē)段都是绕不开的(de)问题。

1. 定位技(jì)术

1GPS载波相位定位

目前正在这方面开展研究的项目有(yǒu):Swift Navigation公(gōng)司开发(fā)的(de)Piksi; 日本东京海洋(yáng)大学开发的RTKLIB开源项目。

2)多信息(xī)源定位

英国军方BAE 最近公布了他们研发的名为(wéi)NAVSOP的定位技术。该技术将(jiāng)利用包(bāo)括TV、收音(yīn)机、Wi-Fi 等等信息定位,弥补GPS 的不足。

3UWB (Ultra Wideband,超宽带)无线定位

相(xiàng)关(guān)研究可参考:J D Hol, et al. Tightly coupled UWB/IMU pose estimation. In:Proceedingsof the IEEE International Conference on Ultra-Wideband. New York, USA: IEEE, 2009.

2. 测(cè)速技术

目前公(gōng)认的比较(jiào)精确的测速方案(àn)是通过“视觉(光(guāng)流)+超声波+惯导”的融合。AR.Drone是(shì)最(zuì)早采用(yòng)该项技(jì)术的多旋翼飞行器,极大提(tí)升了飞行器的可操控性,获得了巨大(dà)的(de)成功。

3. 避(bì)障技术

让(ràng)飞(fēi)行中的无人机“长眼镜”,能够识别飞行路径上的障碍物,并(bìng)准确绕(rào)飞或(huò)悬停(tíng),是实现无人机智能化的重要(yào)一(yī)步(bù)。未来无人机避(bì)障技术将(jiāng)在这些方面实现(xiàn)突破(pò):

1)深(shēn)度相机(jī)避障技术;

2)声呐系统避(bì)障技(jì)术;

3)“视觉+忆阻(zǔ)器”避障技术;

4)双(shuāng)目(mù)视觉避障技(jì)术;

5)小型电(diàn)子扫(sǎo)描雷达(dá);

6)激光扫描测(cè)距(jù)雷达;

7)四维雷达(dá)。

4. 跟踪技术

识(shí)别目标并进行跟踪飞(fēi)行,减轻使用者的(de)操作(zuò)负(fù)担,并(bìng)能(néng)够(gòu)利用无人(rén)机执行特殊(shū)环境条件下的特殊任务。智(zhì)能跟踪主要有:

1GPS跟踪;

2)视觉跟踪。

三、交互技术

无人(rén)机目前主要通过遥控(kòng)器(qì)进行飞行(háng)控制,需要专业训(xùn)练,具有一定的局限性。随(suí)着(zhe)新技术的发展,无人机应(yīng)简(jiǎn)化对操作人员的要求,提(tí)升(shēng)用户体(tǐ)验。

1)手势控制技术

手势交互是一种未来人机交互(hù)的趋势,目(mù)前在精确度上存在挑战。在CES2014的展场上(shàng),有利用MYO手势控制臂带来控(kòng)制AR.Drone2.0四(sì)旋翼的(de)演示(shì)。

2)脑(nǎo)机(jī)接口技(jì)术

近年来,科研人员在多个(gè)领(lǐng)域都运用到(dào)了BCIBrain Computer Interface,脑机接(jiē)口技术)技术,科员人员运用(yòng)该技术制作(zuò)新型玩具(jù)、为残疾人制作义肢。作为需(xū)要安全性较(jiào)高的飞行器,这(zhè)种方式(shì)目前还不成熟。它(tā)可作为一(yī)种验证性质的(de)技术展示,离实(shí)际还有不(bú)少距离。

四、通讯技术

14G/5G通讯技术

20136月(yuè)17日,北京4G联(lián)盟联合无人(rén)机联盟组织召开了4G联盟与无人机联盟交流研讨会(huì),旨在加强北京4G联盟和无人机联(lián)盟之间技术交流,寻找无人机机载载荷(hé)与4G设备仪(yí)器的聚焦,促(cù)进北京市信息产业发(fā)展(zhǎn)。2015年(nián),中(zhōng)国移动开发4G“超(chāo)级空战队”设备,能支持航拍(pāi)影(yǐng)像即拍即(jí)传。5G的速度比现(xiàn)在的LTE网络标准连接速度快250倍,它标志着无线行业的一(yī)个新的里程碑。无论是智(zhì)能(néng)手机,还是汽车、医疗设备(bèi)、无人机和其(qí)他设备,都将受益于这一(yī)无(wú)线连(lián)接速(sù)度。

2Wifi通讯技术

2013年,德国的(de)卡尔(ěr)斯鲁厄理工学院开发出了一项新(xīn)的无线广(guǎng)域(yù)网(wǎng)技术,打破(pò)了最快(kuài)的WiFi网络(luò)速度纪录(lù),它可以让1公里以外的用户每秒(miǎo)钟下载40GB。由于这种(zhǒng)设备的传输(shū)距离比普通WiFi路由器的覆盖范(fàn)围要广得多(duō),因此这(zhè)种(zhǒng)设备很适合无人机(jī)航拍图传或光(guāng)纤布(bù)放(fàng)不方便的农村地区应用(yòng)。

五、芯片技术

12014CES上,高通(tōng)和英特尔展示了(le)功能更为丰富的多轴飞行(háng)器(qì)。例(lì)如,高通CES上展示的Snapdragon Cargo无人机是基(jī)于高通Snapdragon芯片开发出来的飞行(háng)控制器,它有(yǒu)无线通信、传(chuán)感器集成和(hé)空间定位等(děng)功能。20159月,据美国科技新闻网站Engadget报(bào)道,高通已经为(wéi)无人机市场推(tuī)出(chū)了一个芯片解决方案,名为“骁(xiāo)龙飞(fēi)行平台”。

英特(tè)尔CEO Brian Krzanich也亲(qīn)自在CES上演示了他(tā)们的无人机,采用了四核的英特尔(ěr)凌(líng)动(Atom)处理器(qì)的PCI-express定制卡。此(cǐ)外,活(huó)跃在在机器人市场的欧洲处理器厂(chǎng)商(shāng)XMOS也表(biǎo)示已经(jīng)进(jìn)入到无人(rén)机领域(yù)。

23DR发表(biǎo)声明与Intel英特尔(ěr)共同合作开(kāi)发Edison芯片,这(zhè)是一种(zhǒng)新型微型处理芯片。它只有一个(gè)硬币的大小(xiǎo),却(què)具有个人电脑(nǎo)一样(yàng)的处理能力(lì)。

3)目前,包括IBM在内(nèi)的(de)多家科技公司都在模拟大(dà)脑,开发神经元芯片。而一(yī)旦类似芯片被应用于(yú)无(wú)人机,自(zì)主反应、自动识别有望会(huì)变得轻而易举。

六、平台技术

1)“Dronecode”的无人机开源系统

201410月,著名开源(yuán)基金会(huì)Linux推出了名为(wéi)“Dronecode”的无人机开(kāi)源系统合(hé)作项目,将3D Robotics、英(yīng)特尔、高通(tōng)、百(bǎi)度等科技巨头纳入项目组,旨在(zài)为(wéi)无(wú)人机开发(fā)者提供所需要的(de)资(zī)源、工具和技术支(zhī)持(chí),加快无(wú)人机(jī)和机(jī)器(qì)人领域的(de)发展。

2Ubuntu 15.04 操作(zuò)系统

Ubuntu 15.04的物(wù)联网(wǎng)版本(běn)是(shì)Ubuntu 目前最小且最安全的(de)版(bǎn)本(běn),非常地精简,适合发行家、科技(jì)专业人士(shì)与开发者使(shǐ)用,能够(gòu)在无人机等领域中使用。

3Airware发(fā)布企业级无人机系统

Airware公(gōng)司旨在通过(guò)标(biāo)准化(huà)的(de)无人机软件系统,帮(bāng)助企业迅(xùn)速、高效地完(wán)成商用无(wú)人飞(fēi)行器(qì)的部署及管(guǎn)理——该系(xì)统已于本(běn)周(zhōu)四正式发布,通过硬件和(hé)软件的结合(hé),Airware成功实现了在一个(gè)软件平台上统一管理多个不同型号、不同品牌(pái)无(wú)人机(jī)的目标。目前(qián),Airware产品已获得两家合作(zuò)伙伴(bàn)的采纳(nà),分别为通用电(diàn)气(也同时是Airware的投资者)InfinigyInfinigy是一家(jiā)通讯公司。

七、空(kōng)管技术

12014年,Airware计划在NASA加州基(jī)地针对不同类型的无(wú)人机(四旋(xuán)翼、直升机(jī)、固(gù)定翼(yì)飞机)展开一系列的飞(fēi)行和实(shí)验(yàn)室测试。

2)初创公司SkyWard正在研发一(yī)个无人机交通控制系(xì)统,这个系(xì)统将让数千无人机在城市上空飞行(háng)而不会互相(xiàng)碰撞。Skyward正在跟FAA和全球(qiú)三大无人(rén)机制造商——国(guó)内的大疆、美(měi)国(guó)的3D Robotics和(hé)法国的Parrot——合作以证(zhèng)明(míng)大量的(de)无人(rén)机可以在拥挤的空域安全地共存。

3)美(měi)国航天(tiān)局(NASA)同空间技术(shù)公司Exelis已经联手组成团(tuán)队开发无人机空中交通(tōng)管制系统的原型产品。

4)位(wèi)于美国西雅图(tú)的Transtrex公司,发布了测试版本的无人(rén)机动态地理(lǐ)空间限制系统软件。该系统是为了确保(bǎo)无(wú)人机(jī)在500英尺(chǐ)高(gāo)度下,安全规范飞行而设计的。

5)在第(dì)三届AOPAAircraft Owners and Pilots Association,航(háng)空器(qì)拥(yōng)有者及驾(jià)驶员协会)国际飞行训(xùn)练展(zhǎn)会(huì)上,中国(guó)AOPA联合多(duō)家企业开(kāi)发的针(zhēn)对轻小无(wú)人机的“U Cloud”无(wú)人机监管系统宣布上线。(源自:无(wú)人机(jī)系(xì)统(tǒng)标准化(huà))

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