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黑科技:那些不可思议的飞行器

人类内心深处对飞行的渴求

人类对鸟儿的羡慕由来已久。1842年,英国蕾丝制造商威廉·亨森申请了“飞行蒸汽车”专利。又过了60年,内燃机出现以后,莱特兄弟成功试飞了第一架真正的飞机。20世纪20年代,亨利 · 福特开始琢磨制造“会飞的车”。1970年,他的公司曾考虑销售飞行汽车Aerocar,这是少数获得适航证的飞行汽车设计之一。

个人自动飞行器盘旋于天际

无人机技术已有长足发展,因而载人无人机会以不可阻挡之势飞向天空--前提是它们能达到和其他轻型飞行器一样的安全标准,并由受过训练的飞行员操控。这种小巧的机器价格大致与高档汽车相当,成本只相当于一架新直升机的一小部分,从而很可能在休闲航空及航空体育运动中受到追捧。

德国一家公司Volocopter吸引了梅赛德斯-奔驰的母公司戴姆勒的投资,以及美国芯片制造巨头英特尔的兴趣。他们的设计理念同无人机一样,它们配备有各种传感器,包括陀螺仪、加速计和磁力计,再加上机载电脑系统,意味着这种飞行器大体上都在自动飞行。飞行员只发出基本指令,必要的操控则由无人机自行完成,如悬停时维持平衡、自动保持位置,并对突发侧风等环境变化做出补偿。2016年,Volocopter首获监管机构颁发的“准飞证”,自此一直在试飞装有18个旋翼的自动飞行出租车的原型机。

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Volocptor的18个旋翼把无人机的概念又向前推进了一步。英特尔今年年初收购的德国无人机公司Ascending Technologies,在控制旋翼的电子系统方面向e-volo提供了帮助(这款飞行器装有100多个微控制器)。旋翼数量越多,提供升力就越有效,且会在发生故障时保证更高的冗余度。发生重大突发状况时,除了可使用降落伞以外,有了它,机上乘客只需坐定,完整的无人机连同乘客就能平稳地落地。

英国的马洛伊航空学(Malloy Aeronautics)公司则没有走寻常路。这家公司正在开发一种可以像摩托车那样供人骑乘的无人机。低空飞行摩托Hoverbike已发展到了第三代;起初它只有一前一后两个旋翼,但现已发展为四旋翼。然而,它的外观并不像一个典型的四轴飞行器。它的一对旋翼位于前端,另一对位于后部,每一对旋翼都是位置上下略微错开,并部分重叠。目前,这家公司已试飞了实物三分之一大小的遥控样机,通过在机上安放一台飞行员假人,依靠空气动力来改变飞行高度和方向进行操控。

黑科技:那些不可思议的飞行器

仍然面临法律和技术上的障碍

载人无人机属于一类全新的飞行器,那么相关的空中规则需要进行修改,例如,目前规定大多数飞机应携带足够的备用燃料,保证可在紧急情况下额外飞行30分钟。然而对目前仅靠电池供电的载人无人机来说,30分钟已接近它们的极限续航。

航空部门面对新兴的载人无人机也需要制定更多新规定:比如,驾驶员需要经过培训之后获得某种飞行执照才可以真正翱翔于天际。还有涉及极为复杂的空中交通指挥问题,因为载人无人机用于两地之间的点对点飞行,而不是像传统飞机那样需要利用机场进行停靠管控。

另一个问题来自于其他的飞行器,自主飞行无人机可能需要专门的“感知和回避”设备来防止被碰撞。这一设备涉及到复杂的SLAM(Simultaneous Localization and Mapping) 技术。SLAM的数据来源于传感器,传感器的质量对于SLAM的效果影响很大,而单一的传感器不能适用所有的场景,比如视觉类传感器结构光,ToF相机容易受可见光和物体表面干扰,更适合室内和短距离的应用场景。纯双目相机适合室内外,测量距离范围大,鲁棒性更好,缺点是在无纹理的物体和在全黑情况下不可行。将双目和结构光的优点结合起来,用双目的相差计算方法加上红外的结构光对黑暗和无纹理的情况作辅助,IMU可为视觉SLAM提供精准的互补数据,不失为一个很好的“视觉+结构光+惯性导航”深度相机融合方案。

日前,国内知名深度摄像头供应商小觅智能正式发布了旗下最新双目硬件-小觅双目摄像头深度版(MYNT EYE Depth),以“视觉+结构光+惯性导航”融合为方案核心,首度配置了2颗彩色图像采集摄像头,提供高达1280x720的深度分辨率,识别深度达到10m+,可输出帧率最高达80fps的高清彩色图像。并且内置的深度计算芯片,无需依赖终端计算,便可直接输出深度图像。

除此之外,深度版提供可选镜头方案,有效提高了深度识别范围和精度水平,不仅更适合在无人机避障等场景下使用,在三维测量、三维识别、三维导航避障等领域也拥有着更广泛的应用前景。

一般来讲,视觉SLAM通常需要融合多个传感器才能达到相对理想的应用效果。对于载人无人机来说,激光SLAM和视觉SLAM相结合会是一个理想的方案,但SLAM相关技术的整合和优化很复杂,导致算法和软件高度碎片化,所以目前还没有一套通用普适的解决方案,并且SLAM技术也只是其中一部分,仍然需要大量的用户体验功课去完善整个系统。

载人无人机带来了无限可能

载人无人机形式多样,可能会有广阔的市场。除军事和商业应用外,它们或许还可广泛用于休闲活动。此外它们还为载人飞行和不载人飞行的结合创造了新的可能。

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