無人機(jī)來襲，工業(yè)世界就此顛覆？

原標(biāo)題：無人機(jī)來襲，工業(yè)世界就此顛覆？ | 附近期無人機(jī)發(fā)展動(dòng)態(tài)：微型傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)、飛行海洋滑翔器、蜻蜓活體微型無人機(jī)……

目前企業(yè)對(duì)空中無人機(jī)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(jī)監(jiān)控設(shè)備、追蹤貨物運(yùn)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(jī)將超過100萬臺(tái)，每年可以產(chǎn)生價(jià)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(huì)把無人機(jī)的實(shí)際操作和維護(hù)移交給第三方，所以比起制造無人機(jī)，運(yùn)營無人機(jī)和為終端用戶管理無人機(jī)數(shù)據(jù)等服務(wù)所產(chǎn)生的價(jià)值更大。而且無人機(jī)捕獲的數(shù)據(jù)將會(huì)幫助終端用戶找到更高效的運(yùn)營模式，從而為其創(chuàng)造價(jià)值。在一些行業(yè)，無人機(jī)可以帶來新的商業(yè)模式和商機(jī)。以農(nóng)業(yè)為例，下一代無人機(jī)可以飛過田地、分析條件，識(shí)別出需要更多肥料來提高農(nóng)作物產(chǎn)量的地點(diǎn)。敦豪速遞（DHL）、亞馬遜和谷歌等公司正在研發(fā)無人機(jī)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化送貨。保險(xiǎn)公司將推出無人機(jī)保險(xiǎn)項(xiàng)目，并考慮使用無人機(jī)檢測風(fēng)暴和自然災(zāi)害造成的損害。電信公司可能會(huì)出售無人機(jī)的數(shù)據(jù)通信服務(wù)來引導(dǎo)無人機(jī)，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(jī)全部的應(yīng)用范圍。有些是顯而易見的，比如讓無人機(jī)代替人類去檢測海上石油鉆塔頂部的機(jī)器。但在許多行業(yè)領(lǐng)域，企業(yè)仍需要去探尋無人機(jī)的具體應(yīng)用。企業(yè)可以從一些靠無人機(jī)收集更高效的數(shù)據(jù)入手考慮，以無人機(jī)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(jī)的專業(yè)知識(shí)來獲取已知的商業(yè)收益?，F(xiàn)在是企業(yè)了解無人機(jī)的能力并開始構(gòu)建無人機(jī)策略的時(shí)候了。

進(jìn)軍無人機(jī)世界

世界各地的無人機(jī)愛好者和軍隊(duì)已經(jīng)使用空中無人機(jī)多年了。如今無人機(jī)在各行各業(yè)中的應(yīng)用將更加普遍。裝有攝像機(jī)的小型無人機(jī)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(jī)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(yùn)送包裹或協(xié)助搜索及救援行動(dòng)。最終，標(biāo)準(zhǔn)尺寸的可自駕貨機(jī)和客機(jī)也將加入無人機(jī)行列，這對(duì)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(jī)的使用經(jīng)歷了三波浪潮。第一波浪潮是當(dāng)下正在進(jìn)行的，是視線范圍之內(nèi)的應(yīng)用，操作員來操作無人機(jī)在視線內(nèi)運(yùn)行。第二波將在未來五年內(nèi)涌現(xiàn)，屆時(shí)將引入遠(yuǎn)程應(yīng)用，比如遠(yuǎn)洋船舶觀測。第三波浪潮將會(huì)出現(xiàn)在25年后，到時(shí)候標(biāo)準(zhǔn)尺寸的自駕飛機(jī)將會(huì)被研發(fā)出來。

隨著企業(yè)在歐洲和美國組建起無人機(jī)隊(duì)伍，我們預(yù)計(jì)到2030年第一波和第二波無人機(jī)的數(shù)量將快速增加，然后到2050年，增長速度會(huì)趨于穩(wěn)定，整個(gè)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(jī)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(jī)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(jī)檢查海上平臺(tái)和煉油廠，避免人類做此類危險(xiǎn)的工作。在采礦業(yè)，無人機(jī)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(jī)可以用來繪制詳細(xì)的地圖，便于管理農(nóng)田。電信運(yùn)營商利用無人機(jī)監(jiān)測輸電塔；在傳媒和娛樂行業(yè)，無人機(jī)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(yuǎn)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(jī)在視線范圍內(nèi)運(yùn)行。但我們預(yù)計(jì)在未來幾年，越來越多的司法管轄區(qū)將允許無人機(jī)的飛行突破這一限制，從而形成對(duì)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(jì)監(jiān)管機(jī)構(gòu)將允許遠(yuǎn)程操作，這樣一來，無人機(jī)就可能被用于檢查數(shù)百英里外的輸電線、運(yùn)送郵件和包裹。然而，我們估計(jì)無人機(jī)運(yùn)送快遞仍會(huì)受到限制，估計(jì)只能占到快遞總量的1%。

第三波浪潮：自駕飛機(jī)（未來25年內(nèi)）。無人機(jī)的最前沿形式——自駕飛機(jī)——仍是一個(gè)遙遠(yuǎn)的構(gòu)想。但航空航天公司和航空機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始考慮怎么利用這些無人機(jī)工作了。這項(xiàng)提前了20年的計(jì)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(jī)需要絕對(duì)可靠的遠(yuǎn)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(jī)所需的技術(shù)，并提高消費(fèi)者對(duì)該類產(chǎn)品的接受度。

價(jià)值在于服務(wù)和數(shù)據(jù)

隨著無人機(jī)的飛速普及，其價(jià)值也將迅速從無人機(jī)制造商那里轉(zhuǎn)移到了與無人機(jī)相關(guān)的服務(wù)供應(yīng)商身上。這一轉(zhuǎn)變包括將無人機(jī)業(yè)務(wù)外包給其他公司的無人機(jī)運(yùn)營商和可以分析無人機(jī)大數(shù)據(jù)流的公司（參閱圖2）。電信運(yùn)營商也在其中：盡管無人機(jī)在復(fù)雜程度和性能方面都在進(jìn)步，但我們預(yù)計(jì)大多數(shù)無人機(jī)仍是低空飛行，這意味著它們很可能要依賴移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，從而擴(kuò)大對(duì)手機(jī)服務(wù)的需求。此外，軟件開發(fā)人員也將迎來機(jī)遇，比如為無人機(jī)飛行創(chuàng)建用戶界面和操作系統(tǒng)。系統(tǒng)集成商將有機(jī)會(huì)幫助公司將無人機(jī)數(shù)據(jù)導(dǎo)入IT系統(tǒng)。

工業(yè)無人機(jī)也將創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)。最初，需要有無人機(jī)運(yùn)營商提供無人機(jī)服務(wù)或直接為無人機(jī)用戶服務(wù)。但隨著無人機(jī)自動(dòng)化程度的提高，這些崗位的必要性將逐漸降低。對(duì)無人機(jī)維修工人的需求將會(huì)穩(wěn)步增長，無人機(jī)的普及也會(huì)為保險(xiǎn)、IT咨詢以及其他為無人機(jī)和無人機(jī)用戶服務(wù)的行業(yè)創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)。最近，歐盟“單一歐洲天空飛航管理研究計(jì)劃(SESAR)”的一份報(bào)告描述了工業(yè)無人機(jī)創(chuàng)造的就業(yè)機(jī)會(huì)和其他經(jīng)濟(jì)影響，以及和無人機(jī)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(jī)時(shí)代做好準(zhǔn)備

企業(yè)如何從無人機(jī)的使用中獲益？為把無人機(jī)引進(jìn)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(gè)角度看待這些問題：無人機(jī)如何為使用它們的公司提供新的運(yùn)營方式，以及無人機(jī)如何促進(jìn)現(xiàn)有業(yè)務(wù)的增長。

無人機(jī)如何帶來新的方法和運(yùn)營模式？在許多行業(yè)中，企業(yè)可以利用無人機(jī)來重新改造工作流程、提高生產(chǎn)力。例如，無人機(jī)適用于不斷進(jìn)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(xiǎn)業(yè)，無人機(jī)可能帶來全新的運(yùn)營模式。以下是無人機(jī)帶來新型運(yùn)營模式的重要案例：

采礦作業(yè)。無人機(jī)將與物聯(lián)網(wǎng)傳感器搭配使用，對(duì)礦山運(yùn)營進(jìn)行數(shù)字化管理。無人機(jī)可以提供有關(guān)卡車、礦石和物資進(jìn)出礦場的數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化日常運(yùn)營。它們還可以為礦坑的設(shè)計(jì)決策提供數(shù)據(jù)。

農(nóng)業(yè)。在耕種方面，無人機(jī)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(jī)可以用于土地調(diào)查和其他的數(shù)據(jù)采集活動(dòng)。在將來它們可用于促進(jìn)精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，因?yàn)榫?xì)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(shí)減少昂貴的投入。

能源與公共事業(yè)。無人機(jī)在降低風(fēng)險(xiǎn)和改進(jìn)操作方面有著巨大的潛力，所以可以被用來自動(dòng)檢測海上鉆井平臺(tái)和煉油廠、進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)、避免由于設(shè)備故障而產(chǎn)生的高昂損失。對(duì)公共事業(yè)公司來說，無人機(jī)不僅可以更好、更及時(shí)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(xiǎn)業(yè)：重塑理賠過程。申請(qǐng)和批準(zhǔn)理賠的過程既昂貴又費(fèi)時(shí)，而且還很耗費(fèi)人力。無人機(jī)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(bào)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(jī)不僅可以降低理賠過程的成本，還能提高為消費(fèi)者服務(wù)的速度，獲得更多的承保數(shù)據(jù)。

無人機(jī)將在哪些方面推動(dòng)現(xiàn)有業(yè)務(wù)的發(fā)展呢？大規(guī)模地使用無人機(jī)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(jī)仍將是低空飛行器，因此可以通過蜂窩電話網(wǎng)進(jìn)行通訊，電信運(yùn)營商或許可以向無人機(jī)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(jī)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(jī)會(huì)能夠?qū)o人機(jī)發(fā)展成一個(gè)新的收入來源。比如，云服務(wù)的供應(yīng)商可以針對(duì)無人機(jī)服務(wù)的供應(yīng)商及其顧客開發(fā)新的業(yè)務(wù)。無人機(jī)服務(wù)需要操作平臺(tái)來管理無人機(jī)，終端用戶也需要數(shù)據(jù)管理和分析服務(wù)。

保險(xiǎn)業(yè)。無人機(jī)需要投保，這就為保險(xiǎn)業(yè)提供了一個(gè)新市場。全自動(dòng)的無人機(jī)將會(huì)帶來新的承保挑戰(zhàn)。

零售業(yè)。送貨無人機(jī)可能成為零售商的發(fā)展機(jī)遇。自動(dòng)化運(yùn)貨可能會(huì)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(xiàng)目，但在自動(dòng)化包裹運(yùn)輸方面仍存在許多問題。目前尚不清楚無人機(jī)能否實(shí)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(fèi)者愿意為頂級(jí)的速度和便利支付額外的費(fèi)用，無人機(jī)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(huì)成為無人機(jī)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(píng)估推出自駕飛機(jī)的重要性。他們還應(yīng)該與航空公司、貨運(yùn)公司和監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作，了解所需的合規(guī)應(yīng)用。對(duì)企業(yè)而言，另一個(gè)需要考慮的因素是，自駕飛機(jī)是否會(huì)成為主線業(yè)務(wù)的一部分，亦或是一個(gè)需要在能力方面進(jìn)行根本性改變的獨(dú)立業(yè)務(wù)。

各類企業(yè)都應(yīng)該考慮無人機(jī)對(duì)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(jī)可以采集的信息種類。除了確定無人機(jī)可以采集的信息種類之外，企業(yè)還應(yīng)該找出無人機(jī)在哪些領(lǐng)域比員工或其他技術(shù)做得更好、更有效。

評(píng)估潛在的投資收益。了解無人機(jī)投資的潛在財(cái)務(wù)和戰(zhàn)略回報(bào)有助于企業(yè)確定他們是利用內(nèi)部能力完成無人機(jī)的工作還是要外包。

與監(jiān)管機(jī)構(gòu)接觸。如果無人機(jī)對(duì)一個(gè)企業(yè)的未來很重要，那么該企業(yè)可能希望通過鼓勵(lì)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(jìn)工業(yè)無人機(jī)的發(fā)展。

無人機(jī)進(jìn)軍工業(yè)是一個(gè)令人興奮的發(fā)展。工業(yè)無人機(jī)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(dòng)能力。不久，無人機(jī)將會(huì)被允許運(yùn)輸物體。我們才剛剛開始了解，企業(yè)該如何利用這種強(qiáng)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(yùn)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(shí)驗(yàn)室開發(fā)

具有視覺感知功能的微型無人機(jī)

美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室(ARL)目前已經(jīng)研制出了一個(gè)微型傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)原型，目前正在進(jìn)行試驗(yàn)。該無人機(jī)重約300g，可像直升機(jī)一樣起飛和懸停，亦可向固定翼飛機(jī)一樣加速飛行。該機(jī)將只配備機(jī)載照相機(jī)作為任務(wù)載荷，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)自主飛行，該機(jī)最終將會(huì)集成計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)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(shí)根據(jù)任務(wù)環(huán)境自行尋找合適的落腳點(diǎn)停留。

中國彩虹5無人機(jī)量產(chǎn)

外媒解析中國“彩虹”-5無人機(jī)優(yōu)勢

美國外交學(xué)者網(wǎng)站7月18日?qǐng)?bào)道稱，據(jù)中方媒體報(bào)道，中國航天科技集團(tuán)最新研發(fā)、性能最強(qiáng)的攻擊和偵察無人機(jī)“彩虹”-5無人機(jī)已經(jīng)為量產(chǎn)做好準(zhǔn)備。

報(bào)道稱，據(jù)“彩虹”系列無人機(jī)的總工程師石文表示，“彩虹”-5無人機(jī)和美國生產(chǎn)的MQ-9“死神”無人機(jī)一樣好。不過有人猜測，與美國生產(chǎn)的“捕食者”無人機(jī)或“死神”無人機(jī)相比，“彩虹”-5的發(fā)動(dòng)機(jī)要弱得多，導(dǎo)致其與美國的型號(hào)相比航程和速度會(huì)弱一些。與西方的無人機(jī)相比，中國的無人機(jī)（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(bào)道稱，作為一款中空長航時(shí)無人機(jī)，據(jù)說“彩虹”-5無人機(jī)的翼展長達(dá)21米，可承載高達(dá)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(jī)的2.6倍。總體而言，“彩虹”-5無人機(jī)可以攜帶多達(dá)16件空對(duì)地武器，包括“藍(lán)箭”-7激光制導(dǎo)空對(duì)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(bào)道稱，據(jù)說，“彩虹”-5無人機(jī)能和其他戰(zhàn)斗無人機(jī)配合，執(zhí)行聯(lián)合任務(wù)。石文曾表示：“另一個(gè)優(yōu)勢是，‘彩虹’-5能和之前的型號(hào)‘彩虹’-3和‘彩虹’-4進(jìn)行聯(lián)合攻擊，因?yàn)樗鼈兡芄蚕硐嗤臄?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(jī)網(wǎng)絡(luò)。”

有報(bào)道顯示，這款無人機(jī)的最大航程為6500公里，最終可以增加到10000公里。據(jù)稱，其實(shí)用升限超過7000米。

另據(jù)英國《泰晤士報(bào)》網(wǎng)站7月18日?qǐng)?bào)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(jī)的面紗。專家說，由中國航天科技集團(tuán)公司制造、主要向國外出售的這種無人機(jī)成本僅為美國“死神”武裝無人機(jī)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(jī)。

“彩虹”無人機(jī)項(xiàng)目總工程師石文表示，這種無人機(jī)升級(jí)后的版本滯空時(shí)間可達(dá)120小時(shí)，“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(jī)已經(jīng)“在戰(zhàn)斗中摧毀了300多個(gè)目標(biāo)”，命中率達(dá)到95%。

據(jù)說，“彩虹”-5比美國的無人機(jī)更容易操作。測試飛行之后，石文表示：“我們將會(huì)進(jìn)行更多次試飛，并可能會(huì)進(jìn)行細(xì)微的變動(dòng)，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(jī)

MIT工程師引產(chǎn)業(yè)顛覆：

功耗最小的無人機(jī)芯片問世

設(shè)計(jì)高效計(jì)算機(jī)芯片的方法可能會(huì)讓微型智能無人機(jī)飛上天空

近年來，工程師們致力于研發(fā)微型無人機(jī)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(jī)。目前，他們已經(jīng)成功將無人機(jī)的幾乎每一部分都小型化了，除了無人機(jī)的大腦——計(jì)算機(jī)芯片。

四旋翼無人機(jī)和其他類似大小的無人機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)芯片可以從攝像機(jī)和傳感器中獲取大量數(shù)據(jù)流，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀，從而自動(dòng)控制無人機(jī)的俯仰、速度和軌跡。為了做到這一點(diǎn)，這些計(jì)算機(jī)要消耗10-30瓦的功率，由電池供電，電池對(duì)于黃蜂大小的無人機(jī)而言是很大的負(fù)荷。

現(xiàn)在，MIT的工程師們已經(jīng)邁出了第一步，他們設(shè)計(jì)了一種計(jì)算機(jī)芯片，這種芯片使用大型無人機(jī)計(jì)算機(jī)的一小部分功能，專門為瓶蓋大小的無人機(jī)量身定制。他們將于本周在MIT舉行的“機(jī)器人：科學(xué)和系統(tǒng)會(huì)議”上提出一種新的方法和設(shè)計(jì)，他們稱之為“Navion”。

該團(tuán)隊(duì)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(jì)算機(jī)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(shí)精簡了硬件，創(chuàng)造了一種專門的計(jì)算機(jī)芯片。

他們工作的關(guān)鍵貢獻(xiàn)是提出了一種設(shè)計(jì)芯片硬件和在芯片上運(yùn)行的算法的新方法。Sze表示：“傳統(tǒng)上，一種算法被設(shè)計(jì)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(jì)硬件和算法相結(jié)合，我們可以實(shí)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(jī)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(dòng)執(zhí)行命令來調(diào)整無人機(jī)在空間中的方向。新型芯片執(zhí)行所有這些計(jì)算，同時(shí)功耗低于2瓦——這比目前的無人機(jī)嵌入式芯片的效率要高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

Karaman說，團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)是邁向“最小的智能無人機(jī)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(jī)會(huì)在狹窄的空間中穿梭，檢查坍塌的建筑，搜尋被困的人。卡拉曼也預(yù)見到了它在 消費(fèi)電子 產(chǎn)品方面的新用途。

Karaman說：“請(qǐng)?jiān)O(shè)想，購買一款可以與你的手機(jī)結(jié)合的瓶蓋大小的無人機(jī)，你可以把它拿出來放在手掌上，你稍微抬起手，它就會(huì)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(huì)落在你的手中，你可以將視頻上傳到手機(jī)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(jī)原型足夠小，可以放在一個(gè)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(jī)和傳感器則還需要0.5瓦。

Karaman說：“缺少的部分是計(jì)算機(jī)，我們不能讓它們適應(yīng)這種大小和能耗。我們需要將計(jì)算機(jī)小型化，并降低其功耗?！?br/>

團(tuán)隊(duì)很快意識(shí)到，傳統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)可能不會(huì)制造出足夠小的芯片，并提供小型智能無人機(jī)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?！?br/>

研究人員決定從頭開始構(gòu)建一個(gè)專門的芯片，開發(fā)數(shù)據(jù)處理算法，以及用來運(yùn)行這種算法的硬件，幾項(xiàng)工作協(xié)同進(jìn)行。

2.調(diào)整公式

具體而言，研究人員對(duì)現(xiàn)有的一種算法進(jìn)行了細(xì)微的改動(dòng)，該算法通常用于確定無人機(jī)的“自我運(yùn)動(dòng)”，或?qū)ζ湓诳臻g中位置進(jìn)行感知。然后，他們在一片F(xiàn)PGA上實(shí)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(jì)的方法，可以在降低功耗和門數(shù)量的同時(shí)確保足夠的精確度。

典型的FPGA由數(shù)十萬個(gè)斷開的門組成，研究人員可以按照所需的模式進(jìn)行連接，以創(chuàng)建專門的計(jì)算單元。通過協(xié)同設(shè)計(jì)減少門數(shù)，團(tuán)隊(duì)選擇了一片門數(shù)極少的FPGA芯片，從而實(shí)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(chǔ)過程，我們就不會(huì)使用它們，這樣就能節(jié)省大量能量?！?br/>

每當(dāng)研究人員調(diào)整自我運(yùn)動(dòng)算法時(shí)，他們就把這個(gè)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(jī)數(shù)據(jù)集里的數(shù)據(jù)輸入到芯片中，標(biāo)準(zhǔn)無人機(jī)數(shù)據(jù)集來自先前由其他人進(jìn)行并提供在機(jī)器人社區(qū)中的無人機(jī)飛行實(shí)驗(yàn)的流圖像和加速度計(jì)測量數(shù)據(jù)的累積。

Karaman說：“這些實(shí)驗(yàn)也是在運(yùn)動(dòng)捕捉室里完成的，所以你精確地知道無人機(jī)的位置，我們在事后使用了所有這些信息?！?br/>

3.節(jié)省存儲(chǔ)

對(duì)于在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)的每個(gè)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(shí)所消耗的電量。

該團(tuán)隊(duì)最有效的設(shè)計(jì)以每秒20幀的速度處理圖像，并準(zhǔn)確地估算出無人機(jī)在空間中的方位，同時(shí)消耗低于2瓦的功率。

功率節(jié)省部分來自對(duì)于存儲(chǔ)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(shí)仍然獲得相同的結(jié)果。因而芯片本身可以存儲(chǔ)更少的數(shù)據(jù)，消耗更少的電能。

Sze說：“在節(jié)能方面，存儲(chǔ)的代價(jià)非常巨大。因?yàn)槲覀円鰟?dòng)態(tài)計(jì)算，一旦我們收到任何芯片的數(shù)據(jù)，就要盡可能地進(jìn)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(chǔ)空間，無需訪問昂貴的片外存儲(chǔ)器。”

通過這種方式，團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⑿酒拇鎯?chǔ)容量減少到2MB，無需使用片外存儲(chǔ)器，而典型的無人機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī)芯片使用幾GB的片外存儲(chǔ)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(tuán)隊(duì)將把FPGA芯片安裝在無人機(jī)上，以測試它在飛行中的性能。最終，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在專用 集成電路 （ASIC）上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法，ASIC是一種更專業(yè)的硬件平臺(tái)，可讓工程師直接在芯片上設(shè)計(jì)特定類型的門。

Karaman說：“我們認(rèn)為我們可以把功耗降低到幾百毫瓦，借助這個(gè)平臺(tái)，我們可以進(jìn)行各種優(yōu)化，這樣可以節(jié)省大量電能。”

這項(xiàng)研究得到了空軍科學(xué)研究處和國家科學(xué)基金會(huì)的部分支持。

美軍研發(fā)可“上天入?！睙o人機(jī)：

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(jī)將像鵜鶘一樣飛行并潛入海中》的報(bào)道稱，美國海軍正在研發(fā)一種能上天能入水的強(qiáng)化版無人機(jī)。

這種無人機(jī)被稱為滑翔機(jī)，因?yàn)樗鼈兛梢愿淖冏陨砀×?，以便能在不需要多少?dòng)力的情況下在水中長距離滑行。2009年，一架水下滑翔機(jī)在沒有再充電的情況下穿越了大西洋。

一架無人機(jī)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(shí)驗(yàn)所的丹·愛德華茲說：“水下滑翔機(jī)和飛機(jī)的配置非常相似。”

自上世紀(jì)90年代以來，水下無人潛航器廣泛應(yīng)用于長時(shí)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(duì)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(jī)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(jìn)行了飛行，全尺寸的無人機(jī)計(jì)劃于明年首飛。這種無人機(jī)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(tuán)隊(duì)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?yàn)檫@更不容易損壞無人機(jī)。但他說，這會(huì)濺起很多水。

然而，飛行和潛航裝置的設(shè)計(jì)考慮大不相同。飛機(jī)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(jìn)行了融合。當(dāng)它進(jìn)入水中時(shí)，包括機(jī)翼在內(nèi)的部分機(jī)身會(huì)充滿水，直到其密度足以在深度達(dá)200米的水下滑行。

在任務(wù)結(jié)束時(shí)，會(huì)有船只對(duì)它進(jìn)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(gè)地區(qū)迅速部署，以尋找一架失事飛機(jī)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(jī)再次起飛的方法。但要想做到這一點(diǎn)，這種無人機(jī)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(jī)

美國科學(xué)家成功將無人機(jī)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(jī)

據(jù)國外媒體報(bào)道，研究人員已經(jīng)將蜻蜓變成了可以操控的微型無人機(jī)，用來追蹤野生動(dòng)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(jī)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(jī)。研究團(tuán)隊(duì)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(duì)其進(jìn)行操控。

“DragonflEye”項(xiàng)目高級(jí)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(tuán)隊(duì)只在少數(shù)幾種昆蟲身上安裝了指引系統(tǒng)，并且在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行測試——你不必?fù)?dān)心昆蟲無人機(jī)會(huì)在你的辦公場所或住宅附近出沒，它們也不會(huì)被釋放到野外環(huán)境中。

這些微型無人機(jī)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(duì)蜻蜓進(jìn)行了基因改造，使蜻蜓的神經(jīng)細(xì)胞和翅膀協(xié)同作用，對(duì)光脈沖做出反應(yīng)。微型導(dǎo)航系統(tǒng)的指令通過一個(gè)光學(xué)神經(jīng)刺激器，以光脈沖的形式發(fā)送出來，對(duì)蜻蜓的飛行路徑和動(dòng)作進(jìn)行指引。

雷吉斯特表示，這項(xiàng)技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，但DragonflEye項(xiàng)目無疑是一個(gè)“廣闊”的技術(shù)平臺(tái)，具有無限的商業(yè)應(yīng)用潛力。這些應(yīng)用包括在危險(xiǎn)建筑物中進(jìn)行搜索、救援，以及對(duì)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(xiàng)技術(shù)或許能用在蜜蜂身上，對(duì)各種花卉進(jìn)行授粉）。

此外，微型昆蟲無人機(jī)還能用來追蹤小型動(dòng)物，幫助科學(xué)家更好地了解野生動(dòng)物的行為；昆蟲身上還可以搭載環(huán)境探測設(shè)備，對(duì)氣候變化的影響進(jìn)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(hù)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)。

目前，Draper公司正在尋找合作伙伴對(duì)商業(yè)應(yīng)用進(jìn)行開發(fā)。雷吉斯特認(rèn)為，DragonflEye項(xiàng)目預(yù)示了未來無人機(jī)技術(shù)的方向?！癉ragonflEye是一個(gè)完美的裝置。它是一個(gè)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(shí)，Draper公司另一位生物醫(yī)學(xué)工程師杰西·惠勒（Jesse Wheeler）稱，DragonflEye項(xiàng)目并沒有得到軍方或政府部門的資助，因此不必?fù)?dān)心這些蜻蜓會(huì)被“武器化”，或者進(jìn)行某些鬼鬼祟祟的活動(dòng)?！安环溉魏五e(cuò)誤：我們不會(huì)把蜻蜓放出去進(jìn)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(duì)：IPRdaily   縱橫君

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