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无人(rén)机的发展将(jiāng)在哪些技术领域实现突破?

 

一、动(dòng)力(lì)技术

续航能力(lì)是目(mù)前制约无人机发展的重大障(zhàng)碍(ài),消费级多旋翼续航时间基本在20min左右(yòu),用户外出飞行不得不(bú)携带多块电池备用,造成使(shǐ)用作业(yè)的极大不便(biàn)。无(wú)人机必须在(zài)动力方面实现(xiàn)突破才能走上新的革命性(xìng)高度(dù)。

1. 新型(xíng)电池

2015年(nián),来自加拿大蒙特利尔(ěr)的Energy Or技术有限(xiàn)公司报道采用(yòng)燃(rán)料电池的(de)四旋翼进行了(le)3小时43分钟续航飞(fēi)行。此(cǐ)外,石墨烯、铝空(kōng)气电池、纳米电池这三项电池技术有(yǒu)望成为未来电池世界的希望。人们对这些新的电池技术(shù)有着(zhe)十(shí)分迫切的需求。它们将首先会(huì)被应用到手机(jī)和电动汽车,随后(hòu)可(kě)配备于多旋(xuán)翼。

2. 混合动力

2015年,美国初创公司Top Flight Technologies报道自己开(kāi)发(fā)混合动力(lì)六旋翼无人机。该六旋翼(yì)仅(jǐn)需要1加仑汽油,便可以飞(fēi)行两(liǎng)个半小时,约160公里的(de)距离(lí),最高负重(chóng)达约9公斤。另外,一家来自德国(guó)的公司Airstier推(tuī)出了一款多旋翼。该多旋(xuán)翼(yì)采用油电混(hún)合动力,有(yǒu)效载荷5公斤,可(kě)飞行1个小时。

3. 地面供电

采用地面供电的(de)系(xì)留多旋翼(yì),通过电缆将电(diàn)能源源不(bú)断输送给多旋翼,可以极大(dà)提升多(duō)旋翼的(de)滞(zhì)空时间。比如:以色列公司Skysapience旋翼。

4. 无线充电

无线充电技术已经在手(shǒu)机、电动牙刷等电子产品上实现(xiàn)市场(chǎng)化(huà),并(bìng)正在电(diàn)动汽(qì)车领域开展(zhǎn)深入应用。来自(zì)德国柏林的初创(chuàng)公司Sky Sense在无人机户外充电(diàn)方面提供了一种解决方案:研发出一块可以为(wéi)无人机进(jìn)行无线充电的平板。Sky Sense的最大(dà)特点(diǎn)是可以进行远程控(kòng)制,无人机的降(jiàng)落—充(chōng)电—起(qǐ)飞全过程可以独(dú)立实现,不(bú)需要有人在现场进行(háng)干(gàn)预和辅助(zhù)。如果充(chōng)电时(shí)间更快,那么无线充电(diàn)技术(shù)将会极大地帮助多旋翼进行长途飞行。

二、导航技术

无人(rén)机准确地知道自己“在(zài)哪儿(ér)”、“去哪儿”,几乎是类似于人类“从哪里来、到哪(nǎ)里去”的哲学问题,在无人(rén)机的任何发(fā)展阶(jiē)段(duàn)都(dōu)是绕不开的问(wèn)题。

1. 定位(wèi)技术(shù)

1GPS载(zǎi)波相位定位

目前正(zhèng)在这方面(miàn)开展研究的项目有:Swift Navigation公司开发的Piksi; 日本(běn)东京海洋大学开(kāi)发的RTKLIB开源项目。

2)多信息(xī)源定位

英国军方BAE 最近(jìn)公布了他们研发(fā)的名为NAVSOP的定位技术。该技术将利(lì)用包括TV、收音机、Wi-Fi 等等(děng)信息定位,弥补(bǔ)GPS 的(de)不足。

3UWB (Ultra Wideband,超宽带)无线定位

相关(guān)研究可参考(kǎo):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

目前公认的比较(jiào)精确的测速方案是通过“视觉(jiào)(光(guāng)流)+超声波+惯导”的融(róng)合。AR.Drone是最早采用该(gāi)项(xiàng)技(jì)术的多旋翼飞(fēi)行器(qì),极大提(tí)升(shēng)了飞行器的可操控性,获得了巨大的(de)成功。

3. 避障技术(shù)

让飞行中的无人机“长眼镜”,能够识别(bié)飞行路径上的障碍物,并准确绕飞或悬停,是(shì)实现无人(rén)机智能化的重要一步。未来无(wú)人机避障(zhàng)技术将在这些方面实现突破:

1)深(shēn)度相机避障技术(shù);

2)声呐系统避障技术(shù);

3)“视觉+忆阻器”避障(zhàng)技术;

4)双目(mù)视觉避障技(jì)术;

5)小型电子(zǐ)扫描雷达;

6)激光扫描测距(jù)雷达;

7)四(sì)维雷达。

4. 跟踪技(jì)术(shù)

识别目标(biāo)并进行跟踪(zōng)飞行,减轻使用(yòng)者(zhě)的操作负担,并能(néng)够(gòu)利用无人机执行特殊环境条件下(xià)的(de)特殊(shū)任务。智能跟踪(zōng)主要(yào)有:

1GPS跟踪;

2)视觉跟踪(zōng)。

三、交(jiāo)互技术

无人(rén)机(jī)目(mù)前主要(yào)通过遥控(kòng)器进行飞(fēi)行控制,需(xū)要专业训练(liàn),具有一(yī)定(dìng)的(de)局限性。随(suí)着新(xīn)技术(shù)的发展,无人(rén)机(jī)应(yīng)简化(huà)对操(cāo)作(zuò)人员的要求,提升用(yòng)户体验。

1)手势控制(zhì)技(jì)术

手势(shì)交互(hù)是一种未来(lái)人机交互(hù)的趋势,目前在精(jīng)确度上存(cún)在挑战。在CES2014的展场(chǎng)上,有(yǒu)利用MYO手势(shì)控制臂带来(lái)控(kòng)制AR.Drone2.0四旋翼(yì)的演示。

2)脑机接口技术

近年来,科(kē)研人员在(zài)多个(gè)领域都运用到了(le)BCIBrain Computer Interface,脑(nǎo)机接口技术(shù))技术,科员人员(yuán)运用该技术制作新型玩具(jù)、为残疾人制(zhì)作义(yì)肢。作(zuò)为需要安全性较高的飞行器,这种方式目前还不成熟。它(tā)可作为一种验证性(xìng)质的(de)技术展示,离实际还有不少距(jù)离。

四、通讯技术(shù)

14G/5G通讯(xùn)技(jì)术

20136月(yuè)17日(rì),北京4G联盟联(lián)合无(wú)人机联(lián)盟组织召(zhào)开了4G联盟与(yǔ)无人机联盟交流研(yán)讨会,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与4G设备仪器(qì)的(de)聚焦,促进北京市信息产业发(fā)展。2015年,中(zhōng)国(guó)移动(dòng)开发4G“超级空战队”设(shè)备,能支持航(háng)拍影像即拍即(jí)传(chuán)。5G的速(sù)度比现在的LTE网络标准连接速度快250倍,它标(biāo)志着无线行业的一个新的(de)里程碑。无论是智能手机,还(hái)是汽车、医疗设备、无人机和其他设备,都将受益于这(zhè)一无线(xiàn)连接速度。

2Wifi通讯技术

2013年,德国的卡尔斯鲁厄理(lǐ)工学院开发(fā)出了一项新的无线(xiàn)广域网技术,打破了最(zuì)快的WiFi网络(luò)速度纪录,它可以让1公里以外的(de)用户(hù)每秒钟下载40GB。由于这种设备的传输距离比普通(tōng)WiFi路由(yóu)器(qì)的覆盖(gài)范围要广得多,因此这种(zhǒng)设备很适(shì)合无人机(jī)航拍图传或光纤布放不方(fāng)便的农(nóng)村地区应(yīng)用。

五、芯片(piàn)技(jì)术

12014年(nián)CES上,高通(tōng)和英特尔展示了功(gōng)能(néng)更为丰(fēng)富(fù)的多(duō)轴飞行(háng)器。例如,高通CES上展示的Snapdragon Cargo无人机是(shì)基于高通Snapdragon芯片开发出来的飞行控(kòng)制(zhì)器(qì),它(tā)有无线通信、传感(gǎn)器集成和空间定位等功能(néng)。2015年(nián)9月,据美国科技新闻网站Engadget报道,高通(tōng)已经为无人机(jī)市场推出了一个芯(xīn)片(piàn)解决方案,名为“骁龙飞行平台”。

英特尔CEO Brian Krzanich也亲自在CES上演示了他们的无人机,采(cǎi)用了四核的英(yīng)特(tè)尔凌动(Atom)处(chù)理器的PCI-express定制(zhì)卡。此外(wài),活跃在在机器人市场的欧洲处理器(qì)厂商XMOS也表示已经进入到无人机领域。

23DR发表声明与Intel英特(tè)尔共同合作开发(fā)Edison芯片,这(zhè)是(shì)一种(zhǒng)新型微型处理芯片。它只有一个(gè)硬币的(de)大小,却(què)具有(yǒu)个人电(diàn)脑(nǎo)一样的处理能力。

3)目(mù)前,包括IBM在内(nèi)的(de)多家(jiā)科技公司都在模拟大脑,开发神经(jīng)元(yuán)芯片。而一旦类似芯片被应用于无(wú)人机,自(zì)主反应、自动识别有(yǒu)望会变得轻而易举。

六、平台(tái)技术

1)“Dronecode”的(de)无(wú)人机开源(yuán)系统

201410月,著名开(kāi)源基金(jīn)会(huì)Linux推出(chū)了名为(wéi)“Dronecode”的无人机(jī)开源系统合作(zuò)项目(mù),将3D Robotics、英(yīng)特(tè)尔、高通、百度等科技巨头纳入项(xiàng)目组(zǔ),旨(zhǐ)在为无人机开发者提供所(suǒ)需要的资源(yuán)、工具和技术支持,加(jiā)快(kuài)无人机和机器人(rén)领域的发展。

2Ubuntu 15.04 操作系统

Ubuntu 15.04的物联网版本(běn)是Ubuntu 目前最小且最安(ān)全的版(bǎn)本,非常地精(jīng)简,适合发行家、科技专业人士与开发者使(shǐ)用,能够在无人(rén)机等领(lǐng)域中使用。

3Airware发布企业级无人机系统(tǒng)

Airware公司(sī)旨(zhǐ)在(zài)通过(guò)标准化的无人机软件系统,帮(bāng)助企(qǐ)业(yè)迅速、高效(xiào)地完成商用无人飞行器(qì)的部署及管理——该系统已于本周(zhōu)四正式发布(bù),通过硬件(jiàn)和软(ruǎn)件的结合,Airware成功(gōng)实现了在一个软(ruǎn)件平(píng)台上统一管理(lǐ)多个不(bú)同型号(hào)、不同品牌无人机的目(mù)标。目前,Airware产(chǎn)品已(yǐ)获得两家合作伙伴的采(cǎi)纳,分别为通用电气(也同时是Airware的(de)投资者)Infinigy。Infinigy是一家通讯公司。

七、空管技术

12014年(nián),Airware计划在NASA加州基(jī)地针对不同类(lèi)型的无人机(四旋(xuán)翼、直(zhí)升机、固(gù)定翼飞机)展开一系列的飞行和实验室测试。

2)初创公司(sī)SkyWard正在研(yán)发一(yī)个无人机交(jiāo)通控(kòng)制系统,这个系统将让数(shù)千无人机在城市上(shàng)空飞行而(ér)不会互(hù)相碰撞。Skyward正(zhèng)在跟(gēn)FAA和全(quán)球(qiú)三大无人机制造(zào)商——国内的大疆、美(měi)国的3D Robotics和法国的Parrot——合作以证明大量(liàng)的无人机可以在拥挤的空域安全地共(gòng)存。

3)美国航天局(jú)(NASA)同空间技术公司Exelis已经联手(shǒu)组成团队(duì)开发无人机(jī)空中交通管(guǎn)制系统(tǒng)的原型产品。

4)位于(yú)美国西雅图的Transtrex公司,发布了(le)测试版本的(de)无人机动态地理空间(jiān)限制系统(tǒng)软(ruǎn)件。该系统是为了确保无人机(jī)在500英尺高度下,安全规范飞行而设计的。

5)在第三(sān)届AOPAAircraft Owners and Pilots Association,航空器拥有(yǒu)者及驾驶员协会)国际飞行训练展会上,中国AOPA联合多家企业开发的针对轻小(xiǎo)无人机的“U Cloud”无人机监管系统宣(xuān)布上线。(源(yuán)自:无人(rén)机系统(tǒng)标准化)

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