一、动(dòng)力(lì)技术(shù)
续航能力是目前制约无人(rén)机发展的重大障碍,消费(fèi)级多(duō)旋翼(yì)续航时间基本在20min左右,用户(hù)外出飞行不得不携带(dài)多块电池备用,造成使用作业的极大不(bú)便。无人机必(bì)须(xū)在动力方面实(shí)现突破(pò)才(cái)能走上新(xīn)的革命性高度。
1. 新型电(diàn)池
2015年,来自加(jiā)拿大蒙(méng)特利尔的Energy Or技术有限公司报道采用燃料(liào)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(qì)电池、纳米电(diàn)池这三项电池(chí)技术有望成为(wéi)未来电(diàn)池世界的希(xī)望。人们对这些新(xīn)的电池技术有着十分迫切的需求。它(tā)们将首先会被(bèi)应用到手机和电动(dòng)汽车,随后可配(pèi)备于(yú)多旋翼(yì)。
2. 混合动力
2015年,美国初创公司Top Flight Technologies报(bào)道自己开(kāi)发(fā)混合动力六旋翼无人机。该六旋(xuán)翼仅需要1加仑汽油,便可以(yǐ)飞行两个(gè)半小时,约160公(gōng)里的距离,最高负重达(dá)约9公斤。另外,一家(jiā)来(lái)自(zì)德国的(de)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(gōng)斤,可飞行(háng)1个小时。
3. 地面供电
采用地面(miàn)供电的系(xì)留(liú)多旋翼,通过电缆将(jiāng)电能源源不断输送给(gěi)多(duō)旋翼,可以极大提(tí)升多旋翼的滞空时间。比如:以色列公司Skysapience旋翼。
4. 无线充电
无线充电技(jì)术已经在手机、电动(dòng)牙刷等电子产(chǎn)品上实现市场(chǎng)化,并正在电(diàn)动汽(qì)车(chē)领域开展深入应用。来自德国柏林的初(chū)创公(gōng)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(yǐ)为无人机进行(háng)无线充电的平板。Sky Sense的最大特点是可以进行远程控制(zhì),无人机的降落—充电(diàn)—起飞全(quán)过程可(kě)以(yǐ)独(dú)立实现,不需要有人在(zài)现场进行(háng)干预和(hé)辅助。如果充电时(shí)间更(gèng)快,那么无线充电(diàn)技(jì)术将(jiāng)会极大地帮助(zhù)多旋翼进行长途飞行。
二(èr)、导(dǎo)航(háng)技术(shù)
无人机准(zhǔn)确(què)地知道(dào)自己“在哪儿”、“去哪(nǎ)儿”,几乎是类(lèi)似(sì)于人类(lèi)“从哪里(lǐ)来、到哪里去”的(de)哲学问题,在无人机的任何发展阶段都是绕不开的问(wèn)题。
1. 定位技术
(1)GPS载波相(xiàng)位(wèi)定位(wèi)
目前正在这(zhè)方面开展研究的(de)项目(mù)有:Swift Navigation公(gōng)司开发的(de)Piksi; 日本东(dōng)京(jīng)海洋大学开(kāi)发的RTKLIB开源项目。
(2)多(duō)信息源定位
英国军方BAE 最(zuì)近公布了他们研发的名为NAVSOP的定位技术(shù)。该技术将利(lì)用包括TV、收音机、Wi-Fi 等(děng)等(děng)信息定位(wèi),弥补GPS 的不足。
(3)UWB (Ultra Wideband,超(chāo)宽带(dài))无线定位
相关研究可参考(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(mù)前公认的(de)比较精确的测速方案是通过“视觉(光(guāng)流)+超声波+惯导”的融合。AR.Drone是(shì)最早采用该项技术的多(duō)旋翼飞行器,极(jí)大(dà)提升了(le)飞行器(qì)的可操(cāo)控性(xìng),获得了(le)巨大的成功。
3. 避障技术
让飞(fēi)行中的无(wú)人机“长眼(yǎn)镜”,能(néng)够识别飞(fēi)行路径上的障碍(ài)物,并准确绕飞或悬(xuán)停,是实现(xiàn)无人机智能化的重要一(yī)步。未来无人机避障技术将在这些方面(miàn)实现突破:
(1)深度相机避障技术;
(2)声呐(nà)系统避障技术(shù);
(3)“视觉(jiào)+忆阻器”避(bì)障技(jì)术;
(4)双目视觉避障(zhàng)技术;
(5)小型电子扫(sǎo)描雷达(dá);
(6)激光扫描测距雷达;
(7)四维雷达。
4. 跟(gēn)踪技术
识别目标并(bìng)进行跟踪飞行,减(jiǎn)轻使用者的(de)操作负担,并能够利用无人机执行特殊(shū)环(huán)境条件下的特殊任务。智能跟踪主(zhǔ)要有:
(1)GPS跟踪;
(2)视觉跟(gēn)踪。
三、交互(hù)技术
无人(rén)机目前(qián)主要通过遥控器(qì)进行飞(fēi)行控制,需要专业训练,具有一定的局限性。随着新(xīn)技术的发展,无人(rén)机应(yīng)简化对操作人员的要求,提(tí)升用户体(tǐ)验。
(1)手势控制技术
手(shǒu)势交互是(shì)一种未来人机交互的趋势(shì),目前在精确度上存在挑战。在CES2014的(de)展场上,有利用MYO手势(shì)控制臂(bì)带来控制AR.Drone2.0四旋(xuán)翼的演(yǎn)示。
(2)脑机接口技术
近(jìn)年来,科研人员在多(duō)个领域都运用到了BCI(Brain Computer Interface,脑(nǎo)机接口技术(shù))技术,科员人员运用该技术制作新型(xíng)玩具、为残疾(jí)人制(zhì)作(zuò)义肢。作为需(xū)要安全(quán)性较高的(de)飞行器,这种(zhǒng)方式(shì)目(mù)前(qián)还(hái)不成熟(shú)。它可作为一种验证性质的技术展示,离实际还有不少距离。
四、通(tōng)讯(xùn)技术(shù)
(1)4G/5G通讯技术
2013年6月17日,北京4G联(lián)盟联合无(wú)人机联盟组织召开(kāi)了4G联盟与(yǔ)无(wú)人机联盟交流研(yán)讨会,旨在加强北京4G联盟和无(wú)人机联盟之间技术(shù)交流,寻找无人机机载(zǎi)载荷与(yǔ)4G设备仪器的聚焦,促进北京市信息产业(yè)发展(zhǎn)。2015年,中国移动(dòng)开发4G“超级空战队”设备(bèi),能(néng)支持航拍影像(xiàng)即拍即传。5G的速度比现在(zài)的LTE网络标准(zhǔn)连接速度快250倍,它标志(zhì)着无线行业的一个新的里(lǐ)程碑。无论是智能(néng)手机,还是(shì)汽车、医疗设备(bèi)、无人机和其(qí)他设备,都将受益于这一无线连接速度。
(2)Wifi通讯技术
2013年(nián),德国的(de)卡尔(ěr)斯鲁厄理工学院开发出了一项新(xīn)的无线广域网技术,打(dǎ)破(pò)了最快的WiFi网络速(sù)度纪(jì)录,它可以让1公里以外(wài)的用户每秒钟下载40GB。由于这种设备的传输距离比普(pǔ)通WiFi路由器的覆盖范(fàn)围要广得(dé)多,因此这种(zhǒng)设备很适合(hé)无人机航拍图(tú)传或光(guāng)纤(xiān)布放不(bú)方便的农村地区应用。
五、芯片技术
(1)2014年CES上,高通和英(yīng)特(tè)尔展示了功能更为丰富的(de)多轴飞行器。例如,高通CES上展示的Snapdragon Cargo无(wú)人机(jī)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(jí)成和空间定位等功(gōng)能。2015年9月,据美国科技新闻网站Engadget报道,高通(tōng)已经为(wéi)无人机(jī)市场推出(chū)了一(yī)个芯片解决方案,名(míng)为“骁(xiāo)龙飞行平台”。
英特尔CEO Brian Krzanich也(yě)亲自在CES上演(yǎn)示(shì)了他们的无(wú)人(rén)机(jī),采用了四核的英特尔凌动(Atom)处(chù)理器的PCI-express定(dìng)制卡(kǎ)。此外,活跃在在机器(qì)人(rén)市场的欧洲处理(lǐ)器(qì)厂商XMOS也表示已经进入到(dào)无人机领域。
(2)3DR发表声明(míng)与Intel英特尔(ěr)共同合作开发Edison芯片,这是(shì)一种新(xīn)型微(wēi)型处理芯片。它只(zhī)有一个硬币的大小,却具有个(gè)人电(diàn)脑一(yī)样的处理(lǐ)能力。
(3)目前,包括IBM在内(nèi)的多家科技公司都在模拟大脑,开发(fā)神经元芯片。而一旦类似(sì)芯片被(bèi)应用于无人(rén)机,自主反应、自动识别有望(wàng)会变得(dé)轻而易举。
六、平台技术
(1)“Dronecode”的无人机(jī)开源系统
2014年10月,著(zhe)名(míng)开源基金会Linux推出(chū)了名为“Dronecode”的无(wú)人机(jī)开源系统合作项目(mù),将3D Robotics、英特尔、高通、百(bǎi)度等科技巨(jù)头纳入项(xiàng)目组(zǔ),旨(zhǐ)在为无人机(jī)开(kāi)发者提供所需要的资源、工具(jù)和技(jì)术支持,加快(kuài)无人机和机器人领域的发展。
(2)Ubuntu 15.04 操作(zuò)系(xì)统
Ubuntu 15.04的物联网版本是Ubuntu 目前最小且最安(ān)全的版本,非常地(dì)精简(jiǎn),适(shì)合发(fā)行家、科(kē)技(jì)专业人士与(yǔ)开发者使用,能够(gòu)在无人机等领域中使用。
(3)Airware发(fā)布企业级无(wú)人机系统
Airware公司旨(zhǐ)在通(tōng)过(guò)标准化的无人机软(ruǎn)件系统,帮助(zhù)企(qǐ)业迅速、高(gāo)效地完(wán)成商(shāng)用(yòng)无(wú)人飞行器的部署及管理——该系统(tǒng)已于本(běn)周四正式(shì)发(fā)布,通过硬件和软件的(de)结合,Airware成(chéng)功实现(xiàn)了在一(yī)个软件(jiàn)平台上统一管理多个(gè)不同型号(hào)、不同品牌无人机的(de)目标。目(mù)前,Airware产品已获得两(liǎng)家合作(zuò)伙伴的采纳,分(fèn)别为通用电气(也(yě)同时(shí)是Airware的(de)投资者(zhě))和Infinigy。Infinigy是一家通讯公司。
七、空管技术
(1)2014年,Airware计划在NASA加州基(jī)地针对不同类型的(de)无人机(四旋翼、直升机、固定翼飞(fēi)机(jī))展开一系(xì)列的飞行和实验(yàn)室(shì)测试。
(2)初创公司SkyWard正在研发一(yī)个无人机(jī)交通控制系统,这个系(xì)统将让数千无人机在城市上空飞行而不(bú)会互相(xiàng)碰(pèng)撞。Skyward正在跟FAA和全(quán)球三大无人(rén)机制造商——国内的(de)大疆、美国(guó)的3D Robotics和法国的Parrot——合作(zuò)以证明大量(liàng)的无人机可以(yǐ)在拥挤的空域安全地共(gòng)存。
(3)美国航(háng)天局(NASA)同(tóng)空间技术公(gōng)司Exelis已经联手(shǒu)组成(chéng)团队(duì)开发无人机空中(zhōng)交通管(guǎn)制系统的原型产品。
(4)位(wèi)于(yú)美国(guó)西雅(yǎ)图的Transtrex公司(sī),发布了测试版本(běn)的无人机动(dòng)态地理(lǐ)空间限制系(xì)统软件。该系统是为了确保无人机在500英尺高度下,安全规(guī)范飞行而设计的。
(5)在第三届AOPA(Aircraft Owners and Pilots Association,航空器拥有者及驾驶员(yuán)协(xié)会)国(guó)际飞(fēi)行训练展(zhǎn)会上,中(zhōng)国AOPA联合(hé)多家企业开发的针对轻小无人(rén)机(jī)的“U Cloud”无人机监管系统宣(xuān)布(bù)上线。(源(yuán)自:无人机系统标准(zhǔn)化)

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