生物學(xué)助力突破避障 無人機(jī)“老大難”問題或可解

 

　　近年來，機(jī)器人領(lǐng)域一直有個老大難問題：如何將感應(yīng)器和算法結(jié)合起來，讓無人機(jī)實現(xiàn)避障。要知道，小型無人機(jī)通常都飛得很快，它沒有為感應(yīng)器或計算機(jī)設(shè)置有效載荷能力，幫助它避開在飛行過程中可能遇到的，類似樹木和電線這樣的實時障礙。要是無法避障，我們又怎么能讓無人機(jī)在30分鐘內(nèi)，將貨物送達(dá)消費者手中呢？

 

 

　　賓夕法尼亞大學(xué)的GRASPLab研究團(tuán)隊一直在努力研究，如何讓四軸無人機(jī)順利穿過玻璃。由此，他們提出了一個幫小型無人機(jī)實現(xiàn)導(dǎo)航和避障的簡易方法：給它們安一個減震結(jié)構(gòu)，讓它們自個兒飛去吧，不會有事兒的。

 

　　“不會有事兒的”——這其實是一種處事哲學(xué)。像蜜蜂這樣身型嬌小的昆蟲就是這條哲學(xué)金句的踐行者：它們就這么往前飛，根本不需要擔(dān)心撞到別的東西上，或是撞到其他蜜蜂。就算撞到了，它們只需要聳聳肩，就可以繼續(xù)往前飛了。

 

　　從這個層面思考，假設(shè)你是一個機(jī)器人學(xué)家，你大概就會有這樣的觀點：“對這些小東西來說，跌跌撞撞根本不足一提。因為感應(yīng)器和控制器都不能精確到保證無人機(jī)永遠(yuǎn)不發(fā)生碰撞事故。”所以不要想著可以完全避免小碰小撞了——當(dāng)你撞上什么東西的時候，盡量別讓自己撞得太慘就好。在這方面，瑞士的創(chuàng)業(yè)公司Flyability是第一個在常規(guī)型號、帶有萬向保護(hù)罩的無人機(jī)身上展現(xiàn)碰撞穩(wěn)定性的益處的——他們的無人機(jī)可是在森林和冰穴中歷練過的呢。

 

　　在無人機(jī)的研發(fā)過程中，賓大GRASPLab團(tuán)隊想要尋求生物學(xué)方面的靈感，于是他們的關(guān)注點在于有彈性的小型無人機(jī)。最后，這個團(tuán)隊推出了一系列重約25克、長僅10公分的寬版微型無人機(jī)。每架無人機(jī)都有一個輕量級的、形狀類似綱踄克的自動復(fù)原減震結(jié)構(gòu)。它由熱固化的紗質(zhì)材質(zhì)構(gòu)成，包含了1萬2千股碳纖維。這款微型無人機(jī)可以由一個簡單的控制器操縱，它“不需要考慮其他機(jī)器人或是障礙所處的位置，也不需要具備碰撞反應(yīng)機(jī)制。”它需要做的就是讓微型無人機(jī)更加穩(wěn)定，然后將它們導(dǎo)向目標(biāo)位置。它的運行過程非常流程，甚至當(dāng)機(jī)器人沒有識別到障礙以及其他微型無人機(jī)時也可以正常運行。

 

 

　　“這個解決方法非常獨特。要知道，由于繁忙的感應(yīng)器和資源壓縮的處理器的存在，障礙是根本無法避開的。這款無人機(jī)通過對碰撞的彈性反應(yīng)，在獲取本地信息的情況下，就可以輕松實現(xiàn)導(dǎo)航。目前，我們正在嘗試讓安全而智能的機(jī)器人在雜亂的室內(nèi)環(huán)境中運行。”

 

　　至于這個研究成果的實際應(yīng)用方向，Kumar說，在應(yīng)急環(huán)境中，無人機(jī)可以對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行探索：

 

　　“想象一下，在救援環(huán)境中，你想靠一些機(jī)器人進(jìn)入受到污染的地方或是危樓內(nèi)，獲取地圖。我們打造的這款機(jī)器人可以讓你擺脫動作規(guī)劃等高難度問題的束縛，只需要通過簡單的控制算法。如果你放心讓機(jī)器接受碰撞可能帶來的后果，你就可以用非常簡單的算法實現(xiàn)導(dǎo)航了。”