有人曾经问比尔•盖茨为什么能成为世界首富,他回答:因为预见到了20年后人们的生活。
比尔盖茨(资料图)
那么,未来无人机的发展将在哪些技术领域实现突破呢?
一、动力技术
续航能力是目前制约无人机发展的重大障碍,消费级多旋翼续航时间基本在20min左右,用户外出飞行不得不携带多块电池备用,造成使用作业的极大不便。无人机必须在动力方面实现突破才能走上新的革命性高度。
1. 新型电池
2015年,来自加拿大蒙特利尔的Energy Or技术有限公司报道采用燃料电池的四旋翼进行了3小时43分钟续航飞行。此外,石墨烯、铝空气电池、纳米电池这三项电池技术有望成为未来电池世界的希望。人们对这些新的电池技术有着十分迫切的需求。它们将首先会被应用到手机和电动汽车,随后可配备于多旋翼。
翼飞智能EA6-160植保无人机
2.混合动力
2015年,美国初创公司TopFlight Technologies报道自己开发混合动力六旋翼无人机。该六旋翼仅需要1加仑汽油,便可以飞行两个半小时,约160公里的距离,最高负重达约9公斤。另外,一家来自德国的公司Airstier推出了一款多旋翼。该多旋翼采用油电混合动力,有效载荷5公斤,可飞行1个小时。
4.无线充电
无线充电技术已经在手机、电动牙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应用。来自德国柏林的初创公司Sky Sense在无人机户外充电方面提供了一种解决方案:研发出一块可以为无人机进行无线充电的平板。Sky Sense的最大特点是可以进行远程控制,无人机的降落—充电—起飞全过程可以独立实现,不需要有人在现场进行干预和辅助。如果充电时间更快,那么无线充电技术将会极大地帮助多旋翼进行长途飞行。
翼飞智能E4-60航拍无人机
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、到哪里去”的哲学问题,在无人机的任何发展阶段都是绕不开的问题。
1.定位技术
(1)GPS载波相位定位
目前正在这方面开展研究的项目有:Swift Navigation公司开发的Piksi; 日本东京海洋大学开发的RTKLIB开源项目(http://www.rtklib.com/)。
(2)多信息源定位
英国军方BAE 最近公布了他们研发的名为NAVSOP的定位技术。该技术将利用包括TV、收音机、Wi-Fi 等等信息定位,弥补GPS 的不足。
(3)UWB (Ultra Wideband,超宽带)无线定位
相关研究可参考:J D Hol, et al. Tightlycoupled UWB/IMU pose estimation. In:Proceedingsof the IEEE InternationalConference on Ultra-Wideband. New York, USA: IEEE, 2009.
2. 测速技术
目前公认的比较精确的测速方案是通过“视觉(光流)+超声波+惯导”的融合。AR.Drone是最早采用该项技术的多旋翼飞行器,极大提升了飞行器的可操控性,获得了巨大的成功。
PX4Flow传感器
3. 避障技术
让飞行中的无人机“长眼镜”,能够识别飞行路径上的障碍物,并准确绕飞或悬停,是实现无人机智能化的重要一步。未来无人机避障技术将在这些方面实现突破:
(1)深度相机避障技术;
(2)声呐系统避障技术;
(3)“视觉+忆阻器”避障技术;
(4)双目视觉避障技术;
(5)小型电子扫描雷达;
(6)激光扫描测距雷达;
(7)四维雷达。
Panoptes的eBumper4(声呐避障)
4.跟踪技术
识别目标并进行跟踪飞行,减轻使用者的操作负担,并能够利用无人机执行特殊环境条件下的特殊任务。智能跟踪主要有:
(1)GPS跟踪;
(2)视觉跟踪。
目前在大疆Phantom4等先进机型上这些技术都已经有所体现。
未来无人机的发展将在哪些技术领域实现突破呢?
三、交互技术
无人机目前主要通过遥控器进行飞行控制,需要专业训练,具有一定的局限性。随着新技术的发展,无人机应简化对操作人员的要求,提升用户体验。
(1)手势控制技术
手势交互是一种未来人机交互的趋势,目前在精确度上存在挑战。在CES2014的展场上,有利用MYO手势控制臂带来控制AR.Drone2.0四旋翼的演示。
智能手势臂环操控无人机
(2)脑机接口技术
近年来,科研人员在多个领域都运用到了BCI(Brain Computer Interface,脑机接口技术)技术,科员人员运用该技术制作新型玩具、为残疾人制作义肢。作为需要安全性较高的飞行器,这种方式目前还不成熟。它可作为一种验证性质的技术展示,离实际还有不少距离。
翼飞智能F-400固定翼-测绘无人机
五、芯片技术
(1)2014年CES上,高通和英特尔展示了功能更为丰富的多轴飞行器。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、传感器集成和空间定位等功能。2015年9月,据美国科技新闻网站Engadget报道,高通已经为无人机市场推出了一个芯片解决方案,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,采用了四核的英特尔凌动(Atom)处理器的PCI-express定制卡。此外,活跃在在机器人市场的欧洲处理器厂商XMOS也表示已经进入到无人机领域。
Snapdragon Flight at CES 2016 Sneak Peek.
(2)3DR发表声明与Intel英特尔共同合作开发Edison芯片,这是一种新型微型处理芯片。它只有一个硬币的大小,却具有个人电脑一样的处理能力。
(3)目前,包括IBM在内的多家科技公司都在模拟大脑,开发神经元芯片。而一旦类似芯片被应用于无人机,自主反应、自动识别有望会变得轻而易举。
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