實現亞厘米級“空中握手”

華研“疊飛”無人機協同作業

西湖大學工學院人工智能系趙世鈺實驗室研發出名為“飛行工具箱”的空中協同作業系統，使多架旋翼無人機在“疊飛”狀態下實現高精度協同作業，解決了近距離飛行與高精度操作不可兼得的技術難題。日前，該項成果發表於《自然》雜誌。

據介紹，“飛行工具箱”由一架工具箱無人機和一架操作無人機組成。操作無人機是擁有可伸展的機械臂的那個“操作手”，工具箱無人機能夠攜帶多種不同類型的末端執行工具，如爪子、剪刀等。

“如果將操作無人機視為一名‘主刀醫生’，工具箱無人機就像是一名將各種手術工具遞給醫生的‘護士’，它們能代替人類在難以抵達的區域進行作業。”西湖大學特聘研究員趙世鈺說，應用這類作業系統空中作業機械人最大的難點是在空中實現“疊飛”。

據介紹，由於單個空中機械人能攜帶的載荷有限，因此難以單獨完成複雜的空中作業任務，但當兩架無人機交疊時會產生強烈的“氣流干擾”。實驗顯示，當兩架無人機垂直距離接近至○點六米時，會產生強烈的向下氣流，相當於氣象學上的六級“強風”。因此，這個看似“簡單”的動作，其實是無人機技術發展的一個“卡點”。

研究團隊設計了柔性電磁對接機構、氣流擾動估計與補償方法、高精度對接與操作控制技術三個技術核心模組，利用自動“吸附”的電磁智能介面、神經網路演算法及視覺智能等技術大大提升了對接的精准度。研究團隊已實現了雙機、三機協作，在不少於二十次的連續對接中，“飛行工具箱”的平均誤差為○點八○厘米，相較於先前的無機械臂補償的類似系統（精度六至八厘米），精度提升了近一個數量級。

趙世鈺表示，空中作業機械人處於低空經濟和具身智能兩大領域的交匯處，具有廣闊的產業化前景，“‘飛行工具箱’就像一個‘空中樂高平台’，通過模組化、可擴展的設計，無人機將能根據實際需求，完成更複雜的任務。”

當無人機學會“疊羅漢”和“空中握手”，它們便不再是孤立的飛行單元，可以兩兩搭配，也能“群體作戰”，形成一個可重構、可協作的智能體網絡。

水 登