原標(biāo)題:無人機來襲,工業(yè)世界就此顛覆? | 附近期無人機發(fā)展動態(tài):微型傾轉(zhuǎn)旋翼無人機、飛行海洋滑翔器、蜻蜓活體微型無人機……
目前企業(yè)對空中無人機的研究和應(yīng)用僅僅是淺嘗輒止。在未來的二十年,企業(yè)將利用工業(yè)無人機監(jiān)控設(shè)備、追蹤貨物運輸,甚至把日用百貨送到你家門口。波士頓咨詢公司(BCG)估測,到2050年,美國和歐洲地區(qū)的工業(yè)無人機將超過100萬臺,每年可以產(chǎn)生價值500億美元的產(chǎn)品和服務(wù)收入。
由于大多數(shù)的終端用戶企業(yè)會把無人機的實際操作和維護移交給第三方,所以比起制造無人機,運營無人機和為終端用戶管理無人機數(shù)據(jù)等服務(wù)所產(chǎn)生的價值更大。而且無人機捕獲的數(shù)據(jù)將會幫助終端用戶找到更高效的運營模式,從而為其創(chuàng)造價值。在一些行業(yè),無人機可以帶來新的商業(yè)模式和商機。以農(nóng)業(yè)為例,下一代無人機可以飛過田地、分析條件,識別出需要更多肥料來提高農(nóng)作物產(chǎn)量的地點。敦豪速遞(DHL)、亞馬遜和谷歌等公司正在研發(fā)無人機以實現(xiàn)自動化送貨。保險公司將推出無人機保險項目,并考慮使用無人機檢測風(fēng)暴和自然災(zāi)害造成的損害。電信公司可能會出售無人機的數(shù)據(jù)通信服務(wù)來引導(dǎo)無人機,并轉(zhuǎn)播他們收集到的數(shù)據(jù)。
今天,沒有人能夠預(yù)測出工業(yè)無人機全部的應(yīng)用范圍。有些是顯而易見的,比如讓無人機代替人類去檢測海上石油鉆塔頂部的機器。但在許多行業(yè)領(lǐng)域,企業(yè)仍需要去探尋無人機的具體應(yīng)用。企業(yè)可以從一些靠無人機收集更高效的數(shù)據(jù)入手考慮,以無人機替代現(xiàn)有的收集方法,并考慮一下如何使用這些數(shù)據(jù)。然后企業(yè)可以決定需要多少無人機的專業(yè)知識來獲取已知的商業(yè)收益?,F(xiàn)在是企業(yè)了解無人機的能力并開始構(gòu)建無人機策略的時候了。
進軍無人機世界
世界各地的無人機愛好者和軍隊已經(jīng)使用空中無人機多年了。如今無人機在各行各業(yè)中的應(yīng)用將更加普遍。裝有攝像機的小型無人機被用于檢測石油鉆塔、監(jiān)控農(nóng)田和礦場、檢查電信塔。下一代無人機將被派遣到視線范圍之外,用于檢查數(shù)百英里外的輸油管道、運送包裹或協(xié)助搜索及救援行動。最終,標(biāo)準(zhǔn)尺寸的可自駕貨機和客機也將加入無人機行列,這對正在規(guī)劃下一代產(chǎn)品的航空航天公司具有重要意義。
我們可以看到工業(yè)無人機的使用經(jīng)歷了三波浪潮。第一波浪潮是當(dāng)下正在進行的,是視線范圍之內(nèi)的應(yīng)用,操作員來操作無人機在視線內(nèi)運行。第二波將在未來五年內(nèi)涌現(xiàn),屆時將引入遠程應(yīng)用,比如遠洋船舶觀測。第三波浪潮將會出現(xiàn)在25年后,到時候標(biāo)準(zhǔn)尺寸的自駕飛機將會被研發(fā)出來。
隨著企業(yè)在歐洲和美國組建起無人機隊伍,我們預(yù)計到2030年第一波和第二波無人機的數(shù)量將快速增加,然后到2050年,增長速度會趨于穩(wěn)定,整個行業(yè)也將建立完善(參閱圖1)。
第一波浪潮:視線應(yīng)用(目前)。工業(yè)無人機通常用于檢測生產(chǎn)現(xiàn)場和生產(chǎn)設(shè)備,幫助測量性能,避免故障的發(fā)生。這些無人機只能局限在非常低的空域——通常只有500英尺,還需要操作員來監(jiān)控和引導(dǎo)。油氣生產(chǎn)商利用無人機檢查海上平臺和煉油廠,避免人類做此類危險的工作。在采礦業(yè),無人機是日常所需的設(shè)備,比如用于檢測庫存。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,無人機可以用來繪制詳細的地圖,便于管理農(nóng)田。電信運營商利用無人機監(jiān)測輸電塔;在傳媒和娛樂行業(yè),無人機用于拍攝令人嘆為觀止的鏡頭,這些場景在以前是不可能被拍到的。
第二波浪潮:遠程監(jiān)控(未來五年內(nèi))。目前大多數(shù)國家,包括美國,都只允許無人機在視線范圍內(nèi)運行。但我們預(yù)計在未來幾年,越來越多的司法管轄區(qū)將允許無人機的飛行突破這一限制,從而形成對更大、更復(fù)雜的飛行器的需求。一旦技術(shù)被證明是安全的,我們預(yù)計監(jiān)管機構(gòu)將允許遠程操作,這樣一來,無人機就可能被用于檢查數(shù)百英里外的輸電線、運送郵件和包裹。然而,我們估計無人機運送快遞仍會受到限制,估計只能占到快遞總量的1%。
第三波浪潮:自駕飛機(未來25年內(nèi))。無人機的最前沿形式——自駕飛機——仍是一個遙遠的構(gòu)想。但航空航天公司和航空機構(gòu)已經(jīng)開始考慮怎么利用這些無人機工作了。這項提前了20年的計劃,既反映出航空航天行業(yè)產(chǎn)品周期長的特性,又體現(xiàn)了這些挑戰(zhàn)的規(guī)模和難度。比如,自駕飛機需要絕對可靠的遠程無線數(shù)據(jù)通信。我們希望自駕汽車和卡車的發(fā)展將有助于改善自駕飛機所需的技術(shù),并提高消費者對該類產(chǎn)品的接受度。
價值在于服務(wù)和數(shù)據(jù)
隨著無人機的飛速普及,其價值也將迅速從無人機制造商那里轉(zhuǎn)移到了與無人機相關(guān)的服務(wù)供應(yīng)商身上。這一轉(zhuǎn)變包括將無人機業(yè)務(wù)外包給其他公司的無人機運營商和可以分析無人機大數(shù)據(jù)流的公司(參閱圖2)。電信運營商也在其中:盡管無人機在復(fù)雜程度和性能方面都在進步,但我們預(yù)計大多數(shù)無人機仍是低空飛行,這意味著它們很可能要依賴移動電話網(wǎng)絡(luò)進行通信,從而擴大對手機服務(wù)的需求。此外,軟件開發(fā)人員也將迎來機遇,比如為無人機飛行創(chuàng)建用戶界面和操作系統(tǒng)。系統(tǒng)集成商將有機會幫助公司將無人機數(shù)據(jù)導(dǎo)入IT系統(tǒng)。
工業(yè)無人機也將創(chuàng)造就業(yè)機會。最初,需要有無人機運營商提供無人機服務(wù)或直接為無人機用戶服務(wù)。但隨著無人機自動化程度的提高,這些崗位的必要性將逐漸降低。對無人機維修工人的需求將會穩(wěn)步增長,無人機的普及也會為保險、IT咨詢以及其他為無人機和無人機用戶服務(wù)的行業(yè)創(chuàng)造就業(yè)機會。最近,歐盟“單一歐洲天空飛航管理研究計劃(SESAR)”的一份報告描述了工業(yè)無人機創(chuàng)造的就業(yè)機會和其他經(jīng)濟影響,以及和無人機應(yīng)用發(fā)展相關(guān)的各種管理和技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。
企業(yè)為迎接無人機時代做好準(zhǔn)備
企業(yè)如何從無人機的使用中獲益?為把無人機引進自己的行業(yè),企業(yè)應(yīng)該做什么樣的準(zhǔn)備?我們從兩個角度看待這些問題:無人機如何為使用它們的公司提供新的運營方式,以及無人機如何促進現(xiàn)有業(yè)務(wù)的增長。
無人機如何帶來新的方法和運營模式?在許多行業(yè)中,企業(yè)可以利用無人機來重新改造工作流程、提高生產(chǎn)力。例如,無人機適用于不斷進化的數(shù)據(jù)模型,用于管理礦井、農(nóng)場以及能源領(lǐng)域使用的設(shè)備。在其他行業(yè),比如保險業(yè),無人機可能帶來全新的運營模式。以下是無人機帶來新型運營模式的重要案例:
采礦作業(yè)。無人機將與物聯(lián)網(wǎng)傳感器搭配使用,對礦山運營進行數(shù)字化管理。無人機可以提供有關(guān)卡車、礦石和物資進出礦場的數(shù)據(jù),從而優(yōu)化日常運營。它們還可以為礦坑的設(shè)計決策提供數(shù)據(jù)。
農(nóng)業(yè)。在耕種方面,無人機可以完善或替代其他的技術(shù),比如物聯(lián)網(wǎng)傳感器。目前無人機可以用于土地調(diào)查和其他的數(shù)據(jù)采集活動。在將來它們可用于促進精細農(nóng)業(yè)的發(fā)展,因為精細農(nóng)業(yè)需要根據(jù)不同區(qū)域農(nóng)田狀況的數(shù)據(jù)來更加精準(zhǔn)地管理灌溉和農(nóng)藥的使用。最終目的是增加農(nóng)作物的產(chǎn)量,同時減少昂貴的投入。
能源與公共事業(yè)。無人機在降低風(fēng)險和改進操作方面有著巨大的潛力,所以可以被用來自動檢測海上鉆井平臺和煉油廠、進行預(yù)防性維護、避免由于設(shè)備故障而產(chǎn)生的高昂損失。對公共事業(yè)公司來說,無人機不僅可以更好、更及時地監(jiān)測輸電線和太陽能設(shè)備,還可有助于減少盜竊。
保險業(yè):重塑理賠過程。申請和批準(zhǔn)理賠的過程既昂貴又費時,而且還很耗費人力。無人機可以幫助改變這一過程。它們前往風(fēng)暴后被毀的房屋、汽車撞擊現(xiàn)場錄制視頻,收集報告所用的數(shù)據(jù)。警察仍在測試這一過程的可行性。依靠無人機不僅可以降低理賠過程的成本,還能提高為消費者服務(wù)的速度,獲得更多的承保數(shù)據(jù)。
無人機將在哪些方面推動現(xiàn)有業(yè)務(wù)的發(fā)展呢?大規(guī)模地使用無人機可以為電信和航空航天等眾多行業(yè)創(chuàng)造新的需求。
電信業(yè)。由于大多數(shù)無人機仍將是低空飛行器,因此可以通過蜂窩電話網(wǎng)進行通訊,電信運營商或許可以向無人機操作者售賣數(shù)據(jù)服務(wù)。鑒于潛在的市場規(guī)模,為適應(yīng)無人機的交通模式,即便投資額外的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和修改天線都是值得的。
技術(shù)供應(yīng)商。技術(shù)供應(yīng)商有很大的機會能夠?qū)o人機發(fā)展成一個新的收入來源。比如,云服務(wù)的供應(yīng)商可以針對無人機服務(wù)的供應(yīng)商及其顧客開發(fā)新的業(yè)務(wù)。無人機服務(wù)需要操作平臺來管理無人機,終端用戶也需要數(shù)據(jù)管理和分析服務(wù)。
保險業(yè)。無人機需要投保,這就為保險業(yè)提供了一個新市場。全自動的無人機將會帶來新的承保挑戰(zhàn)。
零售業(yè)。送貨無人機可能成為零售商的發(fā)展機遇。自動化運貨可能會提高某類產(chǎn)品的銷量,例如服裝、藥品和雜貨。
郵政包裹業(yè)務(wù)。盡管有亞馬遜的Prime Air、敦豪速遞的Parcelcopter、谷歌的Project Wing等高調(diào)的研發(fā)項目,但在自動化包裹運輸方面仍存在許多問題。目前尚不清楚無人機能否實現(xiàn)最后一英里交貨。但它們可以把快遞送到投件箱,或是在分配中心幫忙。鑒于有些企業(yè)和消費者愿意為頂級的速度和便利支付額外的費用,無人機也可用來提供高品質(zhì)或快速送貨服務(wù)。
航空航天與國防。航空航天將會成為無人機的終極前沿。航空航天制造商應(yīng)繼續(xù)審視自己的研發(fā)產(chǎn)品線,評估推出自駕飛機的重要性。他們還應(yīng)該與航空公司、貨運公司和監(jiān)管機構(gòu)進行合作,了解所需的合規(guī)應(yīng)用。對企業(yè)而言,另一個需要考慮的因素是,自駕飛機是否會成為主線業(yè)務(wù)的一部分,亦或是一個需要在能力方面進行根本性改變的獨立業(yè)務(wù)。
各類企業(yè)都應(yīng)該考慮無人機對自己的業(yè)務(wù)和競爭環(huán)境所產(chǎn)生的意義。領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)該考慮采取以下幾步:
確定無人機可以采集的信息種類。除了確定無人機可以采集的信息種類之外,企業(yè)還應(yīng)該找出無人機在哪些領(lǐng)域比員工或其他技術(shù)做得更好、更有效。
評估潛在的投資收益。了解無人機投資的潛在財務(wù)和戰(zhàn)略回報有助于企業(yè)確定他們是利用內(nèi)部能力完成無人機的工作還是要外包。
與監(jiān)管機構(gòu)接觸。如果無人機對一個企業(yè)的未來很重要,那么該企業(yè)可能希望通過鼓勵有關(guān)部門建立飛行控制系統(tǒng)、支持相關(guān)的安全法規(guī)來促進工業(yè)無人機的發(fā)展。
無人機進軍工業(yè)是一個令人興奮的發(fā)展。工業(yè)無人機是一種非凡的工具,它結(jié)合了類似物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)收集能力和幾乎無限的移動能力。不久,無人機將會被允許運輸物體。我們才剛剛開始了解,企業(yè)該如何利用這種強大的才智組合使其更有效地發(fā)揮作用,甚至找到了全新的運營方式。如今,企業(yè)應(yīng)該盡可能地觀察學(xué)習(xí),以確定自己是否需要引領(lǐng)潮流的前沿。
美國陸軍研究實驗室開發(fā)
具有視覺感知功能的微型無人機
美國陸軍研究實驗室(ARL)目前已經(jīng)研制出了一個微型傾轉(zhuǎn)旋翼無人機系統(tǒng)原型,目前正在進行試驗。該無人機重約300g,可像直升機一樣起飛和懸停,亦可向固定翼飛機一樣加速飛行。該機將只配備機載照相機作為任務(wù)載荷,設(shè)計用于低空ISR任務(wù),以便為地面士兵提供周邊戰(zhàn)場態(tài)勢和敵方兵力情況。為實現(xiàn)自主飛行,該機最終將會集成計算機視覺技術(shù)進行環(huán)境感知,探測墻壁、規(guī)避障礙等,并可在收集態(tài)勢數(shù)據(jù)時根據(jù)任務(wù)環(huán)境自行尋找合適的落腳點停留。
中國彩虹5無人機量產(chǎn)
外媒解析中國“彩虹”-5無人機優(yōu)勢
美國外交學(xué)者網(wǎng)站7月18日報道稱,據(jù)中方媒體報道,中國航天科技集團最新研發(fā)、性能最強的攻擊和偵察無人機“彩虹”-5無人機已經(jīng)為量產(chǎn)做好準(zhǔn)備。
報道稱,據(jù)“彩虹”系列無人機的總工程師石文表示,“彩虹”-5無人機和美國生產(chǎn)的MQ-9“死神”無人機一樣好。不過有人猜測,與美國生產(chǎn)的“捕食者”無人機或“死神”無人機相比,“彩虹”-5的發(fā)動機要弱得多,導(dǎo)致其與美國的型號相比航程和速度會弱一些。與西方的無人機相比,中國的無人機(包括“翼龍”-2在內(nèi))在偵察和整體續(xù)航能力方面有差距。
報道稱,作為一款中空長航時無人機,據(jù)說“彩虹”-5無人機的翼展長達21米,可承載高達1200千克的有效載荷——載重能力是以前的“彩虹”系列戰(zhàn)斗無人機的2.6倍。總體而言,“彩虹”-5無人機可以攜帶多達16件空對地武器,包括“藍箭”-7激光制導(dǎo)空對地導(dǎo)彈,“TG100”激光/INS/GPS制導(dǎo)炸彈,以及AR-1/HJ-10反坦克導(dǎo)彈。
報道稱,據(jù)說,“彩虹”-5無人機能和其他戰(zhàn)斗無人機配合,執(zhí)行聯(lián)合任務(wù)。石文曾表示:“另一個優(yōu)勢是,‘彩虹’-5能和之前的型號‘彩虹’-3和‘彩虹’-4進行聯(lián)合攻擊,因為它們能共享相同的數(shù)據(jù)鏈接和控制系統(tǒng)。因此,‘彩虹’-3和‘彩虹’-4的現(xiàn)有用戶很容易就能讓‘彩虹’-5融入他們的無人機網(wǎng)絡(luò)?!?br/>
有報道顯示,這款無人機的最大航程為6500公里,最終可以增加到10000公里。據(jù)稱,其實用升限超過7000米。
另據(jù)英國《泰晤士報》網(wǎng)站7月18日報道稱,中國已經(jīng)揭開了到目前為止最致命的“彩虹”-5無人機的面紗。專家說,由中國航天科技集團公司制造、主要向國外出售的這種無人機成本僅為美國“死神”武裝無人機的一半,但能力與美國的MQ-9“死神”不相上下。據(jù)稱,中國每年可以生產(chǎn)不到20架這種無人機。
“彩虹”無人機項目總工程師石文表示,這種無人機升級后的版本滯空時間可達120小時,“把美國的‘捕食者’系列甩在身后”。他還聲稱,“彩虹”系列的其他無人機已經(jīng)“在戰(zhàn)斗中摧毀了300多個目標(biāo)”,命中率達到95%。
據(jù)說,“彩虹”-5比美國的無人機更容易操作。測試飛行之后,石文表示:“我們將會進行更多次試飛,并可能會進行細微的變動,以滿足不同客戶的需求。我們相信它將在國內(nèi)和國際市場上取得成功?!?br/>
“彩虹”-5無人機
MIT工程師引產(chǎn)業(yè)顛覆:
功耗最小的無人機芯片問世
設(shè)計高效計算機芯片的方法可能會讓微型智能無人機飛上天空
近年來,工程師們致力于研發(fā)微型無人機技術(shù),搭建黃蜂大小的飛行原型,并搭載更小的傳感器和攝像機。目前,他們已經(jīng)成功將無人機的幾乎每一部分都小型化了,除了無人機的大腦——計算機芯片。
四旋翼無人機和其他類似大小的無人機的標(biāo)準(zhǔn)計算機芯片可以從攝像機和傳感器中獲取大量數(shù)據(jù)流,并對這些數(shù)據(jù)進行解讀,從而自動控制無人機的俯仰、速度和軌跡。為了做到這一點,這些計算機要消耗10-30瓦的功率,由電池供電,電池對于黃蜂大小的無人機而言是很大的負荷。
現(xiàn)在,MIT的工程師們已經(jīng)邁出了第一步,他們設(shè)計了一種計算機芯片,這種芯片使用大型無人機計算機的一小部分功能,專門為瓶蓋大小的無人機量身定制。他們將于本周在MIT舉行的“機器人:科學(xué)和系統(tǒng)會議”上提出一種新的方法和設(shè)計,他們稱之為“Navion”。
該團隊由Sertac Karaman和Vivienne Sze帶領(lǐng),前者是MIT航空航天工程1948屆職業(yè)發(fā)展副教授,后者是MIT電氣工程和計算機科學(xué)學(xué)院副教授。他們開發(fā)了一種低功耗的算法,同時精簡了硬件,創(chuàng)造了一種專門的計算機芯片。
他們工作的關(guān)鍵貢獻是提出了一種設(shè)計芯片硬件和在芯片上運行的算法的新方法。Sze表示:“傳統(tǒng)上,一種算法被設(shè)計出來就被扔給了硬件工程師,讓他想辦法把算法映射到硬件上。但我們發(fā)現(xiàn),通過把設(shè)計硬件和算法相結(jié)合,我們可以實現(xiàn)更有效的節(jié)能?!?br/>
Karaman說:“我們發(fā)現(xiàn),這種涉及到硬件和算法協(xié)同思考的編程機器人的新方法是減小尺寸的關(guān)鍵?!?br/>
這種新型芯片以每秒20幀的速度處理流圖像,并自動執(zhí)行命令來調(diào)整無人機在空間中的方向。新型芯片執(zhí)行所有這些計算,同時功耗低于2瓦——這比目前的無人機嵌入式芯片的效率要高一個數(shù)量級。
Karaman說,團隊的設(shè)計是邁向“最小的智能無人機可以自主飛行”的第一步。他最終設(shè)想的是災(zāi)難響應(yīng)和搜救任務(wù),在這些任務(wù)中,昆蟲大小的無人機會在狹窄的空間中穿梭,檢查坍塌的建筑,搜尋被困的人??ɡ差A(yù)見到了它在 消費電子 產(chǎn)品方面的新用途。
Karaman說:“請設(shè)想,購買一款可以與你的手機結(jié)合的瓶蓋大小的無人機,你可以把它拿出來放在手掌上,你稍微抬起手,它就會感知到,并開始在你四周飛行,為你攝影。然后你再張開手掌,它就會落在你的手中,你可以將視頻上傳到手機上,并與他人分享?!?br/>
Amr Suleiman和Luca Carlone的合作者是研究生Amr Suleiman和Zhengdong Zhang,以及研究科學(xué)家Luca Carlone。
1.從頭開始
目前的小型無人機原型足夠小,可以放在一個人的指尖上,而且非常輕,只需要1瓦的電力就可以從地面起飛。相機和傳感器則還需要0.5瓦。
Karaman說:“缺少的部分是計算機,我們不能讓它們適應(yīng)這種大小和能耗。我們需要將計算機小型化,并降低其功耗。”
團隊很快意識到,傳統(tǒng)的芯片設(shè)計技術(shù)可能不會制造出足夠小的芯片,并提供小型智能無人機飛行所需要的處理能力。
Sze說:“隨著晶體管的規(guī)模越來越小,效率和速度都有了提升,但這種速度正在放緩,現(xiàn)在我們必須開發(fā)出專門的硬件來提高效率。”
研究人員決定從頭開始構(gòu)建一個專門的芯片,開發(fā)數(shù)據(jù)處理算法,以及用來運行這種算法的硬件,幾項工作協(xié)同進行。
2.調(diào)整公式
具體而言,研究人員對現(xiàn)有的一種算法進行了細微的改動,該算法通常用于確定無人機的“自我運動”,或?qū)ζ湓诳臻g中位置進行感知。然后,他們在一片F(xiàn)PGA上實現(xiàn)了不同版本的算法,F(xiàn)PGA是一種非常簡單的可編程芯片。為了使這一過程正式化,他們開發(fā)了一種稱為迭代分裂協(xié)同設(shè)計的方法,可以在降低功耗和門數(shù)量的同時確保足夠的精確度。
典型的FPGA由數(shù)十萬個斷開的門組成,研究人員可以按照所需的模式進行連接,以創(chuàng)建專門的計算單元。通過協(xié)同設(shè)計減少門數(shù),團隊選擇了一片門數(shù)極少的FPGA芯片,從而實現(xiàn)了高效的節(jié)能。
Karaman解釋說:“如果我們不需要某種特定的邏輯或存儲過程,我們就不會使用它們,這樣就能節(jié)省大量能量。”
每當(dāng)研究人員調(diào)整自我運動算法時,他們就把這個算法版本映射到FPGA的門上,并將芯片連接到 電路板 上。然后,他們從標(biāo)準(zhǔn)無人機數(shù)據(jù)集里的數(shù)據(jù)輸入到芯片中,標(biāo)準(zhǔn)無人機數(shù)據(jù)集來自先前由其他人進行并提供在機器人社區(qū)中的無人機飛行實驗的流圖像和加速度計測量數(shù)據(jù)的累積。
Karaman說:“這些實驗也是在運動捕捉室里完成的,所以你精確地知道無人機的位置,我們在事后使用了所有這些信息?!?br/>
3.節(jié)省存儲
對于在FPGA芯片上實現(xiàn)的每個版本的算法,研究人員觀察了芯片在處理輸入數(shù)據(jù)和估算空間位置時所消耗的電量。
該團隊最有效的設(shè)計以每秒20幀的速度處理圖像,并準(zhǔn)確地估算出無人機在空間中的方位,同時消耗低于2瓦的功率。
功率節(jié)省部分來自對于存儲在芯片中的內(nèi)存數(shù)量的修改。Sze和她的同事發(fā)現(xiàn),他們能夠減小算法需要處理的數(shù)據(jù)量,同時仍然獲得相同的結(jié)果。因而芯片本身可以存儲更少的數(shù)據(jù),消耗更少的電能。
Sze說:“在節(jié)能方面,存儲的代價非常巨大。因為我們要做動態(tài)計算,一旦我們收到任何芯片的數(shù)據(jù),就要盡可能地進行處理,所以我們可以馬上扔掉它,這使得我們可以只使用芯片上極少量的存儲空間,無需訪問昂貴的片外存儲器。”
通過這種方式,團隊能夠?qū)⑿酒拇鎯θ萘繙p少到2MB,無需使用片外存儲器,而典型的無人機嵌入式計算機芯片使用幾GB的片外存儲器。
Sze說:“任意一種節(jié)能方式,都可以讓你減小電池的尺寸,或者延長電池壽命,這是更好的選擇?!?br/>
今年夏天,該團隊將把FPGA芯片安裝在無人機上,以測試它在飛行中的性能。最終,該團隊計劃在專用 集成電路 (ASIC)上實現(xiàn)優(yōu)化算法,ASIC是一種更專業(yè)的硬件平臺,可讓工程師直接在芯片上設(shè)計特定類型的門。
Karaman說:“我們認為我們可以把功耗降低到幾百毫瓦,借助這個平臺,我們可以進行各種優(yōu)化,這樣可以節(jié)省大量電能。”
這項研究得到了空軍科學(xué)研究處和國家科學(xué)基金會的部分支持。
美軍研發(fā)可“上天入海”無人機:
測試版試飛成功
美國海軍研發(fā)的小型測試版“飛行海洋滑翔器”(英國《新科學(xué)家》周刊網(wǎng)站)
英國《新科學(xué)家》周刊網(wǎng)站7月5日發(fā)表題為《下一代無人機將像鵜鶘一樣飛行并潛入海中》的報道稱,美國海軍正在研發(fā)一種能上天能入水的強化版無人機。
這種無人機被稱為滑翔機,因為它們可以改變自身浮力,以便能在不需要多少動力的情況下在水中長距離滑行。2009年,一架水下滑翔機在沒有再充電的情況下穿越了大西洋。
一架無人機既能在空中也能在海里高效滑行,這并非天方夜譚。華盛頓海軍研究實驗所的丹·愛德華茲說:“水下滑翔機和飛機的配置非常相似?!?br/>
自上世紀90年代以來,水下無人潛航器廣泛應(yīng)用于長時間科學(xué)任務(wù)中,例如跟蹤鯨魚、監(jiān)測洋流和觀測水下火山。它們也被各國軍隊廣泛使用——美國和中國都擁有龐大的無人潛航器。
以可由飛機投下的現(xiàn)有“飛潛者”水下無人潛航器為基礎(chǔ),美國海軍目前正致力于研發(fā)“飛行海洋滑翔器”。一種小型測試版本已經(jīng)成功進行了飛行,全尺寸的無人機計劃于明年首飛。這種無人機重約30公斤,將嘗試飛行超過150公里,然后降落到水面并轉(zhuǎn)換為潛航器。
愛德華茲說:“這是一種突然的降落?!痹搱F隊嘗試了像鴨子那樣深度很淺的潛入方式,但他們最終選擇了鵜鶘式的突降,因為這更不容易損壞無人機。但他說,這會濺起很多水。
然而,飛行和潛航裝置的設(shè)計考慮大不相同。飛機殼體薄,充滿空氣,而潛航器則擁有厚厚的水密船體,并為能平衡浮力而載有足夠的壓艙物。
所以,這種能飛的潛航器將兩者進行了融合。當(dāng)它進入水中時,包括機翼在內(nèi)的部分機身會充滿水,直到其密度足以在深度達200米的水下滑行。
在任務(wù)結(jié)束時,會有船只對它進行打撈,就像現(xiàn)有的滑翔潛航器那樣。
根據(jù)設(shè)想,一批這種水下潛航器可以在一個地區(qū)迅速部署,以尋找一架失事飛機或跟蹤漏油事故。美國海軍也很有可能利用它們來尋找礦藏和勘測水下障礙物。
愛德華茲說,他們正在尋找讓潛入水中的滑翔無人機再次起飛的方法。但要想做到這一點,這種無人機需要有排水能力,就像浮出水面的鯨魚那樣。
基因改造的“蜻蜓賽博格”:
變身人類操控微型無人機
美國科學(xué)家成功將無人機技術(shù)與蜻蜓結(jié)合起來,開發(fā)出可由人類控制的活體微型無人機
據(jù)國外媒體報道,研究人員已經(jīng)將蜻蜓變成了可以操控的微型無人機,用來追蹤野生動物種群和為植物授粉。但是,我們是否應(yīng)該擔(dān)憂這些昆蟲被改造成武器呢?
不久前,美國科學(xué)家成功將無人機技術(shù)與蜻蜓結(jié)合起來,開發(fā)出可由人類控制的活體微型無人機。研究團隊中既有來自馬薩諸塞州劍橋市的研發(fā)公司Draper的工程師,也有霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所珍利亞農(nóng)場研究園區(qū)的神經(jīng)科學(xué)家,他們?yōu)轵唑蜒b上了微縮版的“背包指引系統(tǒng)”,對其進行操控。
“DragonflEye”項目高級研究員、Draper公司的生物醫(yī)學(xué)工程師喬·雷吉斯特(Joe Register)稱,研究團隊只在少數(shù)幾種昆蟲身上安裝了指引系統(tǒng),并且在實驗室里進行測試——你不必擔(dān)心昆蟲無人機會在你的辦公場所或住宅附近出沒,它們也不會被釋放到野外環(huán)境中。
這些微型無人機是如何打造出來的呢?霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究人員首先對蜻蜓進行了基因改造,使蜻蜓的神經(jīng)細胞和翅膀協(xié)同作用,對光脈沖做出反應(yīng)。微型導(dǎo)航系統(tǒng)的指令通過一個光學(xué)神經(jīng)刺激器,以光脈沖的形式發(fā)送出來,對蜻蜓的飛行路徑和動作進行指引。
雷吉斯特表示,這項技術(shù)還處于實驗室階段,但DragonflEye項目無疑是一個“廣闊”的技術(shù)平臺,具有無限的商業(yè)應(yīng)用潛力。這些應(yīng)用包括在危險建筑物中進行搜索、救援,以及對環(huán)境的監(jiān)測和大范圍的農(nóng)作物授粉等(Draper公司稱,這項技術(shù)或許能用在蜜蜂身上,對各種花卉進行授粉)。
此外,微型昆蟲無人機還能用來追蹤小型動物,幫助科學(xué)家更好地了解野生動物的行為;昆蟲身上還可以搭載環(huán)境探測設(shè)備,對氣候變化的影響進行監(jiān)測。雷吉斯特表示,這些應(yīng)用所獲得的數(shù)據(jù)將為政府部門制定政策提供幫助,以保護脆弱的生態(tài)系統(tǒng)。
目前,Draper公司正在尋找合作伙伴對商業(yè)應(yīng)用進行開發(fā)。雷吉斯特認為,DragonflEye項目預(yù)示了未來無人機技術(shù)的方向?!癉ragonflEye是一個完美的裝置。它是一個全新的微型飛行工具,比其他任何人造工具更小、更輕、更靈活,”雷吉斯特說道。
今年一月時,Draper公司另一位生物醫(yī)學(xué)工程師杰西·惠勒(Jesse Wheeler)稱,DragonflEye項目并沒有得到軍方或政府部門的資助,因此不必擔(dān)心這些蜻蜓會被“武器化”,或者進行某些鬼鬼祟祟的活動?!安环溉魏五e誤:我們不會把蜻蜓放出去進行監(jiān)視或偵察任務(wù),”惠勒說道。
來源:綜合BCG波士頓咨詢、航空工業(yè)信息網(wǎng)、參考消息網(wǎng)、OFweek中國高科技門戶、新浪科技
編輯:IPRdaily 趙珍 / 校對:IPRdaily 縱橫君
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