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无人机的发展将在哪些(xiē)技术领域实现突破?

 

一、动力技术

续(xù)航能力是目前制(zhì)约无人(rén)机发展的重(chóng)大障碍,消费级多(duō)旋翼续航时间基本在20min左右(yòu),用户外出飞行不得(dé)不携带(dài)多块电池备用,造成使用作业的极大不(bú)便。无人机必须在(zài)动力方面(miàn)实现突破才能走上(shàng)新的革命(mìng)性高度。

1. 新型(xíng)电(diàn)池

2015年,来自(zì)加拿大蒙特利(lì)尔的Energy Or技术(shù)有限公司报道采用燃(rán)料电池的四(sì)旋翼进行了3小时43分钟续航(háng)飞行。此外,石墨烯、铝空气电池、纳(nà)米电池这三项电池技术有望成为未来电池世(shì)界的希望。人们对(duì)这些(xiē)新的电池技术有着十分迫(pò)切的需求。它们将首先会被应用到(dào)手机和电动汽车,随后可配(pèi)备于多旋翼。

2. 混合动力

2015年,美国初创公司(sī)Top Flight Technologies报道自己开发混合动力六旋翼无人机。该六旋翼(yì)仅需要1加仑汽油,便可(kě)以飞行两个半小时,约160公里的(de)距离,最高负重达(dá)约9公(gōng)斤。另外(wài),一家来自德(dé)国的公司Airstier推(tuī)出(chū)了一款多旋(xuán)翼。该多旋翼(yì)采用油电混合(hé)动(dòng)力,有效载荷5公斤,可飞(fēi)行1个小时(shí)。

3. 地面供(gòng)电

采用地(dì)面供电的系留多旋(xuán)翼,通(tōng)过电(diàn)缆将电(diàn)能源源不断输(shū)送给多旋翼,可以极大提升(shēng)多旋翼(yì)的(de)滞空时间。比如:以色列公司Skysapience旋翼(yì)。

4. 无线充(chōng)电(diàn)

无(wú)线充电技(jì)术已(yǐ)经在手机、电动(dòng)牙(yá)刷等电子产品上实现市场化,并正在电动汽车领域开展深入(rù)应用。来(lái)自(zì)德国柏林的初创公司Sky Sense在无人(rén)机户外充(chōng)电方面(miàn)提供(gòng)了一种(zhǒng)解决方案:研发(fā)出(chū)一(yī)块可以为无(wú)人(rén)机进行(háng)无线充电(diàn)的平板。Sky Sense的(de)最大特(tè)点是可以进行远程控制(zhì),无(wú)人(rén)机(jī)的(de)降落—充电—起(qǐ)飞全(quán)过程可以独立实现(xiàn),不(bú)需(xū)要有人在现场(chǎng)进行干预和辅助。如果充(chōng)电时间更快,那么无(wú)线充电技术(shù)将会极大地(dì)帮助多旋(xuán)翼(yì)进行长(zhǎng)途(tú)飞行(háng)。

二、导航技术

无人机准确地知道自己“在哪儿”、“去哪儿”,几乎是类似于人类“从哪里来(lái)、到哪里(lǐ)去(qù)”的哲学问题,在无(wú)人(rén)机的任何发展阶段都是(shì)绕不开的问(wèn)题。

1. 定位技术

1GPS载波(bō)相位定位

目前正在(zài)这方面开(kāi)展研究的项目有:Swift Navigation公司开发的Piksi; 日本东京海(hǎi)洋大学开(kāi)发的RTKLIB开源项目(mù)。

2)多信息源定位

英国军方BAE 最近公布了他们研发的名(míng)为(wéi)NAVSOP的定位技术。该(gāi)技术将利用包括(kuò)TV、收音机、Wi-Fi 等(děng)等信息定位,弥补GPS 的不足(zú)。

3UWB (Ultra Wideband,超(chāo)宽带)无线定位

相关研究可参考: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. 测速技术

目前公认的(de)比较精确的测(cè)速方案(àn)是通(tōng)过“视觉(光流(liú))+超(chāo)声(shēng)波+惯导(dǎo)”的融合(hé)。AR.Drone是最早采用该(gāi)项技术(shù)的多旋翼飞行器,极大提升了飞行器的可操控性,获得了巨大的成功。

3. 避障技术

让飞行中的无人(rén)机(jī)“长眼镜”,能够识(shí)别飞行路径上的障碍(ài)物,并准确绕飞(fēi)或悬停(tíng),是实现无人机智能化的重要一(yī)步。未(wèi)来无人机(jī)避障技术(shù)将在(zài)这些(xiē)方(fāng)面(miàn)实现突破:

1)深度相机避(bì)障技术;

2)声呐系统(tǒng)避障技(jì)术;

3)“视觉+忆阻器”避障技术;

4)双目(mù)视觉避障技术;

5)小型电子扫描雷达;

6)激光(guāng)扫描测距雷达;

7)四维雷达。

4. 跟踪技术

识别目标并进行(háng)跟踪飞行,减轻使用者的(de)操作(zuò)负担,并能够利用(yòng)无人机(jī)执行特殊环境条件下的特(tè)殊任务。智能跟踪主要(yào)有:

1GPS跟踪;

2)视觉跟踪。

三、交互技术(shù)

无人机目前主要通过遥控(kòng)器进行(háng)飞行控制,需要专业训练,具有(yǒu)一定(dìng)的(de)局限性。随着新(xīn)技术的发展,无人机应简化对(duì)操(cāo)作人员的要求,提升用户体验。

1)手势控(kòng)制技术

手势交互是一种未(wèi)来(lái)人机交互的(de)趋势,目前在精确度上存(cún)在挑战。在CES2014的展场上(shàng),有利(lì)用MYO手势控制臂带来控(kòng)制AR.Drone2.0四旋翼(yì)的演(yǎn)示。

2)脑机接口技(jì)术

近年来(lái),科研人(rén)员在多个领(lǐng)域都运用到了BCIBrain Computer Interface,脑机接口技术)技(jì)术,科(kē)员人员运(yùn)用该技(jì)术制作新型玩具、为残疾(jí)人制作义肢。作为需要安(ān)全性较高的飞行器,这种(zhǒng)方式目前还不(bú)成熟(shú)。它可作(zuò)为(wéi)一种验证性质的技术展示(shì),离实际还有不少距离。

四、通讯技(jì)术

14G/5G通讯技术

20136月(yuè)17日,北(běi)京4G联盟(méng)联合无人机联盟组织(zhī)召开(kāi)了4G联(lián)盟与无(wú)人机联盟(méng)交(jiāo)流研讨会,旨在加强北京(jīng)4G联盟和无人机联盟(méng)之间(jiān)技术交流(liú),寻找无人机机载载荷与4G设备仪器(qì)的聚焦(jiāo),促进北京市(shì)信息(xī)产业发展。2015年,中(zhōng)国移动开发4G“超级空战队”设备,能支持(chí)航(háng)拍(pāi)影像(xiàng)即拍(pāi)即传。5G的速(sù)度比现在的LTE网络标准连接(jiē)速度快250倍(bèi),它标志(zhì)着(zhe)无线行业的(de)一(yī)个新的里(lǐ)程碑。无论是智能手(shǒu)机(jī),还是(shì)汽车、医疗设备、无人机和其他设备,都将受益于这(zhè)一无线连接速度。

2Wifi通讯技术(shù)

2013年,德国的卡尔斯鲁厄理工学院开发(fā)出了一项新的无(wú)线广域网技术,打破(pò)了(le)最快(kuài)的WiFi网(wǎng)络速度纪录,它(tā)可以让1公里以外的用户每秒(miǎo)钟下载40GB。由于这种设备的传(chuán)输(shū)距离比普(pǔ)通WiFi路由器的覆盖范围要广(guǎng)得多,因(yīn)此这种设备很适(shì)合(hé)无人机(jī)航拍图传或光纤布放(fàng)不方(fāng)便的(de)农村地区应用。

五、芯片技术

12014年(nián)CES上,高通和(hé)英(yīng)特尔展示了(le)功能更为丰富的多(duō)轴飞行器。例如,高通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,它有无线通信、传感器集成和空(kōng)间定位等功能。20159月(yuè),据美国科技新闻(wén)网站Engadget报道(dào),高通已经为(wéi)无人机市场推出(chū)了(le)一个芯片解决方案,名为“骁龙飞行平台”。

英特尔(ěr)CEO Brian Krzanich也亲自(zì)在CES上演(yǎn)示了他们的无人机,采(cǎi)用了四核(hé)的英(yīng)特尔(ěr)凌动(Atom)处(chù)理器的PCI-express定(dìng)制卡。此外(wài),活(huó)跃(yuè)在在机器人市场(chǎng)的欧(ōu)洲处理(lǐ)器厂商XMOS也(yě)表示已经进入到无(wú)人(rén)机领域。

23DR发表声明与(yǔ)Intel英特尔共同合作开发Edison芯片,这是一(yī)种新型微型(xíng)处理芯片。它只有一个硬币的大小,却具有个(gè)人(rén)电脑一样的处理能力。

3)目前,包括IBM在内的多家科技公(gōng)司都在模拟(nǐ)大脑,开发神经元芯片。而一(yī)旦类(lèi)似芯片被(bèi)应用于无人机,自主反应、自动识别(bié)有望会变得(dé)轻而易举。

六(liù)、平(píng)台技术

1)“Dronecode”的无人(rén)机开源系(xì)统(tǒng)

201410月,著名开源基金会Linux推出了名为“Dronecode”的(de)无人机开源系统(tǒng)合作项目,将3D Robotics、英特尔(ěr)、高(gāo)通、百度等(děng)科技巨头纳入项目组,旨(zhǐ)在为无人机开(kāi)发者提供所需(xū)要的资(zī)源、工具和技术支持(chí),加快无人(rén)机和(hé)机器人领域的(de)发展。

2Ubuntu 15.04 操作系(xì)统

Ubuntu 15.04的物联网(wǎng)版本是Ubuntu 目前最小且最安(ān)全的(de)版本,非常地精简,适合发行(háng)家、科(kē)技专业人(rén)士与开发者使用,能(néng)够在无人(rén)机等领(lǐng)域中使用。

3Airware发布企业级无人机系统

Airware公司旨在通过标(biāo)准化的无(wú)人机软件系统,帮(bāng)助企业迅速、高效地完成商用无人飞行器的部署及管(guǎn)理(lǐ)——该系(xì)统已于本周四正式发布,通过(guò)硬件和软件的结合,Airware成(chéng)功实现了在一个(gè)软件平台上统一管理多个不同型号、不(bú)同品牌无人机的目标。目前,Airware产(chǎn)品已获得两家合作(zuò)伙伴的采纳(nà),分(fèn)别为通用电气(也同(tóng)时是Airware的投资者)和(hé)Infinigy。Infinigy是一家通讯公司。

七、空(kōng)管技术

12014年,Airware计划在(zài)NASA加州基(jī)地针对不同类型的无人机(四旋翼(yì)、直升机、固定翼飞(fēi)机)展开一系列的飞行和实验(yàn)室测试。

2)初创公司SkyWard正在研发(fā)一个无人机交通控制系统,这个系统将让数千无人机(jī)在城市上空飞行而不会互相碰撞(zhuàng)。Skyward正在跟FAA和(hé)全球三大无人机制造商——国(guó)内的大疆、美国(guó)的(de)3D Robotics和法国的Parrot——合作以证明大量的无人机(jī)可以在(zài)拥挤的空域安全地共(gòng)存。

3)美国(guó)航天局(NASA)同空间技术(shù)公司Exelis已经联(lián)手(shǒu)组成团队开发无人机空(kōng)中交通管制系统的原型产品。

4)位于(yú)美国西雅(yǎ)图(tú)的Transtrex公(gōng)司,发布了测试版本的无人(rén)机(jī)动态地理空间限制(zhì)系统(tǒng)软件。该系统是为(wéi)了确(què)保无(wú)人(rén)机在500英(yīng)尺高度下(xià),安全规范(fàn)飞行(háng)而设计的。

5)在(zài)第三届AOPAAircraft Owners and Pilots Association,航(háng)空(kōng)器拥有者及驾(jià)驶员协会)国际飞行训练展会上,中国AOPA联(lián)合多家企业开发的针对轻小无人机的“U Cloud”无人机监管系(xì)统(tǒng)宣布上线。(源自:无(wú)人机系统(tǒng)标准化)

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