动力技术
①新(xīn)型电池(chí)。2015年,来自加拿大蒙特利尔(ěr)的(de)EnergyOr技术有限公司采(cǎi)用燃(rán)料电池的四旋翼进行(háng)了2小时12分(fèn)钟续航飞行(háng)。2015年4月(yuè)6日,科学权威期刊《自然》网络版刊登(dēng)了一篇报道(dào),一(yī)种铝电池(chí)仅需60秒便能让手机电力“满血复(fù)活”。此外,石墨烯、铝空气、纳米点这三(sān)项电池技术将成为未来电(diàn)池世界的三(sān)大(dà)奇兵(bīng)。这些新的电池技术有着十分迫切的(de)需求,首先会(huì)被应用到手机和电动(dòng)汽车,随(suí)后可配备多旋翼(yì)。
②混合动力。2015年,美国初(chū)创公(gōng)司Top Flight Technologies开发出混合动力六旋翼无人机。它仅需要(yào)1加仑(约合3.78升)汽油便可以飞行(háng)两个半(bàn)小时(可(kě)飞行约160公里),最高负(fù)重达20磅(约合9公(gōng)斤)。
③地面(miàn)供电。它采用地(dì)面(miàn)供电,通过(guò)电(diàn)缆(lǎn)将电能源源不断输送给多旋翼,例(lì)如Skysapience公(gōng)司的(de)Hoverlite。
④无线充电。来自德(dé)国柏林(lín)的初创公司 SkySense在无(wú)人机户外充电方面(miàn)提供了一种解决方案,他们研发出一块可以为无人机(jī)进行无线充电的平板(bǎn)。SkySense的最大特点(diǎn)是(shì)可以(yǐ)进(jìn)行远程控制,无人机的“降落—充(chōng)电—起飞”全过程(chéng)可以独立(lì)实现,不需要人为进(jìn)行现场干预和辅助。如果能够(gòu)缩短充电(diàn)时间,那么无线充电技术将会极(jí)大(dà)地(dì)帮助多旋翼进行长途飞(fēi)行。
导航技术
定位是导(dǎo)航中的关键技(jì)术,目前该领域发展迅速。
①GPS载波相位定位。来(lái)自(zì)美国的(de)Swift Navigation公司(sī)基于该项技术开发的Piksi是一个(gè)低耗(hào)电、高性能的具备RTK功能的厘米(mǐ)级的GPS接收器(qì)。它(tā)的小型(xíng)化、高(gāo)更(gèng)新率和低(dī)能(néng)耗的特点使得它非常适合集成到自动驾驶飞行(háng)器和便携的测量设(shè)备里。由日(rì)本东京海(hǎi)洋大学开发的RTKLIB开源项目(http://www.rtklib.com/)也在积极推动RTK技术(shù)发展。
②多信息源定位。英(yīng)国军方BAE最近公布(bù)了(le)他们(men)研发的名为NAVSOP(Navigation via Signals of Opportunity)技术。该技(jì)术(shù)将利用包括TV、收音机、WiFi等(děng)信息进(jìn)行定位,弥补GPS 的不足。
③UWB (Ultra Wideband,超宽带)无线定位。UWB信号具有低成本、抗多径干扰、穿透能力(lì)强(qiáng)的(de)优势,因此适用(yòng)于静止或者移(yí)动(dòng)物体以及人的定位(wèi)跟踪,提供十分精确(què)的定位精度,静态(tài)精度(dù)可达10厘(lí)米。通(tōng)过(guò)与惯性导航传感器融合,UWB可以提(tí)供更高的(de)精度、更强的鲁(lǔ)棒性。
对于多(duō)旋翼无人机,在飞行(háng)过程中,快(kuài)速且准确地获(huò)取(qǔ)自身速(sù)度能有效地提(tí)高(gāo)多旋翼控制的稳定性(提高阻(zǔ)尼),从而达到更好(hǎo)的悬停和操控(kòng)效果,因此测速(sù)工作起到了十(shí)分重要(yào)的作用。比较精(jīng)确的测速方案是(shì)通过“视觉(jiào)(光流)+超声波+惯导”的融合。Ar.Drone是最(zuì)早(zǎo)采用该项技术的多(duō)旋翼飞(fēi)行器,它极大(dà)地提升了飞行器的可操控性。PX4自驾仪开源项目提供了开源的光流传感器PX4Flow。该传(chuán)感器可以帮助多旋翼在无GPS情况下实现(xiàn)精确悬停。
为了使多旋翼完成更好的飞行,避障技(jì)术无疑能够为其提供更加稳定的导航性能。
①深(shēn)度相(xiàng)机避障(zhàng)技术。它的原(yuán)理是先(xiān)对场景投影结构光,然后分(fèn)析红外(wài)传感器接(jiē)收的反(fǎn)光得到深(shēn)度信息。微软在2010年(nián)推出了深(shēn)度相机Kinect。然而Kinect体积(jī)还是较大,并且在(zài)两米(mǐ)之(zhī)外才能(néng)准确(què)地识别用户手势。2014年(nián),芯片厂商英特尔推(tuī)出RealSense传感器,体积(jī)更小,使用距离(lí)更(gèng)短。在2015年CES美国(guó)消费电子展(zhǎn)上,英(yīng)特尔把RealSense技术也应用到了无(wú)人机上(shàng),以(yǐ)用于感知周(zhōu)围环境,进(jìn)而自(zì)主(zhǔ)避障。
②声呐系(xì)统(tǒng)避障技(jì)术(shù)。Panoptes公司拟推出(chū)Bumper4避障系统。它由指向多个(gè)方(fāng)向的超声波传感器组成,通过测(cè)量多(duō)个方(fāng)向的距离来判断(duàn)障碍。
③“视觉+忆阻器”避(bì)障技术。美国 “Bio Inspired”公(gōng)司期望利用(yòng)视觉和忆阻(zǔ)器(qì)(具(jù)有短期记忆效(xiào)果的电阻器(qì))使系统具(jù)备识(shí)别和(hé)短期记(jì)忆功能,从而使无人机拥(yōng)有避障的能力。
④双目视觉避障技术。美国的Skydio公司采用两个普通的摄像(xiàng)头(tóu)充(chōng)当无人机(jī)的“眼睛”并研发出识别(bié)障碍软件,从而(ér)使(shǐ)多旋(xuán)翼无人(rén)机能(néng)够具备(bèi)识别障碍的能力,进而实(shí)现(xiàn)自我导航。
⑤微小型(xíng)雷达。Echodyne公司利(lì)用一台四轴无人机展示了(le)它的(de)小型电子扫描雷(léi)达。它可追踪地面上的某个人,或是在(zài)飞行中躲避(bì)障碍物,不过目前它仍(réng)然处于原型(xíng)阶段。他们试(shì)图将这(zhè)款雷达的尺寸缩小到只有一台(tái)iphoness6 Plus大小,且重(chóng)量不(bú)超过1磅。
无人机通常利用被跟踪者身(shēn)上放(fàng)置的GPS装置进行定位和跟踪。这种(zhǒng)方式会在某种程度上影响用(yòng)户体验。除此(cǐ)之外,在(zài)没(méi)有GPS信号(hào)的情(qíng)况(kuàng)下(xià),该方式就会失效。而且,对(duì)于非自愿携带(dài)GPS设备的用户,该方式也是(shì)行不(bú)通的。
新的技术完全可(kě)以(yǐ)从视觉(jiào)和雷达角度(dù)出发。视觉跟(gēn)踪技术方面,3D Robotics公司推出开源(yuán)飞控应用Tower,它能够(gòu)使飞行器跟随用户,并将(jiāng)用(yòng)户(hù)保持(chí)在摄像头中心(xīn)。OpenCV开源软件也同(tóng)样有(yǒu)很多跟(gēn)踪算法供飞行器开发。此(cǐ)外,采用小型电子扫描雷达也能够(gòu)实现新式的跟踪模式。
交互技术
①手势控制技术。在CES 2014的(de)展场上(shàng),工(gōng)作人(rén)员演(yǎn)示了利用MYO手势控制臂带来控制AR.Drone 2.0四旋翼(yì)。用户只要(yào)将臂带戴在其中一(yī)只(zhī)手上,并以两只手指击响便可启动并控(kòng)制该飞行器。智能手机、手环、手表、戒指(zhǐ)等内置惯性传感器的设备也可以识别操作(zuò)者的手(shǒu)势,用于控制多(duō)旋(xuán)翼。
②脑机接口。它是指(zhǐ)在人脑(nǎo)与计算机等外部设备之间建立直(zhí)接的(de)连接通路(lù)。通过对于脑(nǎo)电信息的分析解读,将(jiāng)其进一步转(zhuǎn)化为相(xiàng)应的(de)动作,就像是在用(yòng)“意念”操控物体(tǐ)。多家(jiā)机构对该技术(shù)也展开了研究。布朗大学与(yǔ)犹(yóu)他州Blackrock Microsystems公司的研(yán)究员将此无线装置商业化,他们将其粘附在人(rén)类头骨上,并通过无线电发送由(yóu)人脑植入设备收集的意识(shí)命令;Emotiv公司的EPOC可(kě)以检测8种行为现(xiàn)象,识别出7种表(biǎo)情(qíng),从而使残障人(rén)士具(jù)备控制飞行器的能力;浙江大学CCNT实验室(shì)的(de)研究人员演示了FlyingBuddy2系统—即(jí)用大脑(nǎo)控制四旋翼无人飞行器;葡萄牙里斯本的无人机(jī)公司Tekever推(tuī)出了一种依靠脑电波操控(kòng)的无人飞机。
通(tōng)信技(jì)术
该项技术有助于信息共享,适用于交(jiāo)通管理或自身监控等,比如将(jiāng)数据备份到云端进行(háng)云计算等。
①4G/5G通信(xìn)技术。2013年6月17日,北(běi)京(jīng)4G联盟联合无人机联盟组织召开了4G联盟与无人机联盟(méng)交流研讨会(huì),旨在加强北京4G联盟和无人机联盟之间技术(shù)交流,寻找无人机(jī)机(jī)载载荷与4G设备仪器的聚焦,促(cù)进北京市信息(xī)产业(yè)发展。2015年,中国移动开发4G“超级空战(zhàn)队”设备,能支持航拍影像即拍(pāi)即传。
②WiFi通信技术。2013年,德国的卡尔斯鲁厄理工学院开发(fā)出(chū)了一项新(xīn)的无线广(guǎng)域网技术,打破了最快的WiFi网络速度纪(jì)录,它可以让1公里以外的用(yòng)户每秒钟下载40GB大(dà)小的数据。由(yóu)于这种设(shè)备的传(chuán)输距离比普通WiFi路由器的覆(fù)盖范(fàn)围要(yào)广得多,因此这种设备很(hěn)适合无人机航拍(pāi)图传或(huò)光纤(xiān)布放不方便的农村(cūn)地区应用。
芯片技(jì)术
①在2015年(nián)CES上,高通(tōng)和(hé)英(yīng)特尔展示(shì)了(le)功(gōng)能更为(wéi)丰富的(de)多轴飞(fēi)行器。例如,高通在(zài)CES上展示的Snapdragon Cargo无人机是基于高通Snapdragon芯片开发出来的飞行控制器。它具备(bèi)无线通信、传感器集(jí)成(chéng)和空间定位等功能。英特尔CEO Brian Krzanich也亲(qīn)自在CES上演示(shì)了他们的无人机,采用了四核的英特尔凌动(Atom)处(chù)理器的PCI-express定制卡。此外,活跃在机器(qì)人市(shì)场的欧洲处理器厂商XMOS也(yě)表(biǎo)示已经进入无人机领域(yù)。
②3D Robotics发表声(shēng)明与英特尔共同合作开(kāi)发Edison芯片,这是一种(zhǒng)新型微型(xíng)处理芯片。虽然(rán)它只有(yǒu)一个硬币的大小,却具(jù)有个(gè)人电(diàn)脑(nǎo)一样的处理能力。
③目前,包括IBM在内的多家(jiā)科技公司都在模拟大脑,开发(fā)神(shén)经元(yuán)芯片(piàn)。而(ér)一旦“神经形态”芯片被应用于无人(rén)机,自主反应、自动识别将会变得轻而易(yì)举(jǔ)。
④未来飞(fēi)行器上的MEMS产品会向集成化方(fāng)向发展(zhǎn),例如三轴加速(sù)度与三(sān)轴陀螺仪(yí)结合而成的集成(chéng)产品。手机芯片公(gōng)司推出无线多合一芯片后,又(yòu)推出了手机市(shì)场的定位与(yǔ)导(dǎo)航芯片。新一代(dài)定(dìng)位(wèi)芯片,将满足可穿戴与无人(rén)机等差异化需(xū)求(qiú)。不仅如此,新(xīn)芯片内部还会直接集成(chéng)控制算(suàn)法(fǎ)。
⑤为了让机器人(rén)应(yīng)用能够更好地感知环境,高通研(yán)究院正在开(kāi)发一款机器视觉研究软(ruǎn)件(jiàn)开(kāi)发工(gōng)具包(bāo)(SDK),其中包含至关重要的计算机视觉技术,比(bǐ)如:视觉惯性测程、视觉(jiào)同步定位和绘图立体相机(jī)景(jǐng)深。对于可穿戴(dài)设备和(hé)无人机等新兴领域的(de)定位需求,他们需要更准确、更小尺(chǐ)寸或是更快速的(de)定位,甚至室内(nèi)导航功能,同时这些领域的(de)需求并不要求(qiú)集(jí)成其(qí)他无线功能,这给传统的定(dìng)位芯(xīn)片(piàn)厂家又带来了新的(de)商机。
平台技(jì)术
①“Dronecode”无(wú)人机开源系(xì)统。2014年(nián)10月,著名计算机开源系统(tǒng)公司Linux推出(chū)了名为“Dronecode”的无人机开源系(xì)统合(hé)作项目(mù),将3D Robotics、英特尔、高通、百(bǎi)度等科技巨(jù)头纳入(rù)项目组,旨在为(wéi)无人(rén)机开发者提供所需要的资源(yuán)、工(gōng)具和(hé)技术(shù)支持,加(jiā)快无人(rén)机和(hé)机器人(rén)领域的发展。
②Ubuntu 15.04操作系统。Ubuntu 15.04的(de)物联网(wǎng)版本(běn)是(shì)Ubuntu目前(qián)最(zuì)小且最安全的版本,它十分(fèn)精简,适合开发者、科技专业人士(shì)使用,能够在无人机等领域(yù)中(zhōng)使用。
③Airware企业(yè)级无人机(jī)系统。Airware公司旨在通过标(biāo)准化的无(wú)人机软(ruǎn)件系统,帮助企业迅速、高(gāo)效(xiào)地完成商(shāng)用无人飞行器的部署(shǔ)及管理。该系统已(yǐ)于2015年4月(yuè)16日正式发布,通过硬件与软件的结合,Airware成功地实现了在单(dān)个软件平(píng)台上(shàng)统一管理多个不同(tóng)型号、不同品(pǐn)牌无人机的目标。目前,Airware产品已获得两家合作(zuò)伙伴的采纳,分(fèn)别为通用(yòng)电气(也同时(shí)是Airware的投资者)和(hé)Infinigy。
④一家名为(wéi)Percepto的创业团队(duì)在Indiegogo上发起了一(yī)个同名开(kāi)源项目,它是一个可以安装在现有无人机之上的(de)计算(suàn)机视觉组件,目标(biāo)是搭(dā)建一个集(jí)硬件、驱(qū)动、算法(fǎ)、安全、机身控制于一体的平台,让(ràng)更多的(de)开发者在此平台上(shàng)为无(wú)人机开(kāi)发应(yīng)用。
空管技术
①2014年,Airware计划在NASA加州基地(dì)针对不同类型的无(wú)人机(四旋翼、直升机、固定翼飞机)展开(kāi)一系列的飞(fēi)行和实验室测试,最(zuì)快可(kě)能会在今年开始该项目。测试第一阶段的目标是(shì)理解不同的飞行器(qì)对空管系统(tǒng)的(de)响(xiǎng)应方式(shì)。
②初创公司Skyward正在研(yán)发无人机(jī)交通控(kòng)制系统(tǒng),这套(tào)系统使数(shù)千无人机(jī)在(zài)城(chéng)市上空飞行而不会互相(xiàng)碰撞。Skyward正在跟FAA和全球三大无人机制造商(大疆、3D Robotics、Parrot)合作以证(zhèng)明大量的无人机可以在拥挤空(kōng)域安全地共存。
③NASA同空间技术公司(sī)Exelis已经联手组成团队开发无人机空中交通管制(zhì)系统的原型产品。
在多(duō)旋(xuán)翼的潜在(zài)新技术发(fā)展进程中,各个技术是相(xiàng)互(hù)耦合依存的,比如芯片、传感器和(hé)算法等等。这些(xiē)技术将构成无人机(多旋翼(yì))的生态环境, 这种情(qíng)况下无人机(多旋翼)的发展可能被其中某(mǒu)项技术的发展引领,存在着(zhe)各种可能性,很(hěn)多是我们(men)目前无法想(xiǎng)象到的。同样,在无人机(多旋翼)发展带动的技术也会促进相关行业(yè)技术的发展,解决各种实际问题。

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