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無(wú)人機(jī)整機(jī)
無(wú)人機(jī)配件
無(wú)人機(jī)服務(wù)
設(shè)備與工具一種不帶 GPS，可自主飛行的機(jī)器人正在果園里飛行穿梭，采集和分析數(shù)據(jù)為農(nóng)民提供必要信息，從而提高產(chǎn)量并優(yōu)化用水。
而上述飛行器發(fā)明者，正是被譽(yù)為空中機(jī)器人之父的賓夕法尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)、美國(guó)國(guó)家工程院院士Vijay Kumar，他曾當(dāng)選白宮科技政策辦公室機(jī)器人項(xiàng)目的研究專員，并獲得ASME（美國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì)）機(jī)器人獎(jiǎng)、IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）社會(huì)杰出服務(wù)獎(jiǎng)。
同時(shí)，他也是世界上第一批研究無(wú)人機(jī)的科學(xué)家之一，相比常見(jiàn)的無(wú)人機(jī)，Vijay Kumar團(tuán)隊(duì)研究的無(wú)人機(jī)的應(yīng)用技術(shù)范圍更為寬泛，其研究成果在農(nóng)業(yè)、救災(zāi)、建筑、娛樂(lè)等領(lǐng)域有著重大貢獻(xiàn)，可以說(shuō)引領(lǐng)著無(wú)人機(jī)和人工智能領(lǐng)域的前進(jìn)。
隨著機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)不斷深入的發(fā)展，人工智能浪潮正在向我們席卷而來(lái)，企業(yè)管理者應(yīng)如何尋找科技與商業(yè)運(yùn)用融合的機(jī)遇？3月7日，Vijay Kumar將以《Challenges in Autonomy 自動(dòng)化挑戰(zhàn)》為主題，與學(xué)員們跨界分享最前沿的科技趨勢(shì)，助其構(gòu)建前瞻性的創(chuàng)新體系。
Vijay Kumar
賓夕法尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)
美國(guó)國(guó)家工程院院士
制作飛行器的靈感來(lái)源
對(duì)仿生學(xué)的應(yīng)用是Vijay Kumare研究中最重要的思想之一，也是很多創(chuàng)新技術(shù)誕生的基石。他所創(chuàng)作的飛行器的靈感主要源于三種動(dòng)物：
一是蜜蜂，通過(guò)對(duì)蜜蜂的觀察，Vijay發(fā)現(xiàn)，這種小型飛行生物可以很好地跟環(huán)境互動(dòng)，即使相撞也不會(huì)受傷。同時(shí)小體型意味著慣性更小，速度更快，受到撞擊時(shí)也可以很快恢復(fù)。但小體型的代價(jià)卻是搭載的傳感器更少，單個(gè)飛行器能做的事情也有限。
為了彌補(bǔ)這一缺憾，Vijay Kumare和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)明了飛行器矩陣，即通過(guò)一組飛行器來(lái)配合完成某項(xiàng)任務(wù)，這也是Vijay團(tuán)隊(duì)無(wú)人機(jī)研究中最重要的概念。
二是螞蟻，為了讓一組飛行器更有機(jī)地配合，他們通過(guò)對(duì)切葉蟻亞科的盤(pán)腹蟻屬（螞蟻的種類(lèi)）進(jìn)行觀察，并總結(jié)了三個(gè)重要的自然生物協(xié)同工作的原則：
獨(dú)立自主，蟻群不受任何“中央命令”的控制，每只螞蟻都是按照自己的本能做事；
臨近感知，單只螞蟻的行為根據(jù)自己“鄰居”的行為作出調(diào)整；
匿名，單只螞蟻對(duì)自己的“鄰居”是誰(shuí)并不清楚，因此無(wú)論“鄰居”換成誰(shuí)，都不會(huì)對(duì)自己的行為造成影響。
受到上述自然規(guī)則的啟發(fā)，Vijay Kumare設(shè)計(jì)了原理類(lèi)似的飛行器矩陣。這些無(wú)人機(jī)的飛行并非由編程設(shè)計(jì)，而是每個(gè)無(wú)人機(jī)與其它無(wú)人機(jī)進(jìn)行交互，探測(cè)到彼此，再?zèng)Q定自己該往哪里飛行，場(chǎng)面十分壯觀。
無(wú)人機(jī)掃描周?chē)h(huán)境后采用三角測(cè)量方法，探測(cè)物體并確定自身與物體的相對(duì)位置和距離，整合后形成一張地圖，使得無(wú)人機(jī)在自主飛行當(dāng)中能夠避免碰撞。
三是老鷹，Vijay Kumar通過(guò)模仿老鷹給飛行機(jī)器人裝上了可以抓取物品的爪子，以 3 米每秒的速度俯沖抓取一塊特大號(hào)三明治，手臂與爪子完美協(xié)調(diào)的動(dòng)作如同鷹隼般優(yōu)雅與精準(zhǔn)。
而通過(guò)這三種動(dòng)物的靈感來(lái)源所制造出來(lái)的飛行器，Vijay Kumar把它應(yīng)用到了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，以監(jiān)控農(nóng)作物達(dá)到精細(xì)化耕種的效果。他讓 “蜂群” 飛向果園，運(yùn)用熱成像傳感器為每一株植物搭建精細(xì)的模型，最終繪制成地圖，根據(jù)結(jié)果告訴農(nóng)民，每株植物需要些什么。
當(dāng)一群小飛行器在果園中穿梭，他們就可以很快速的搭建果園地圖，把每棵果樹(shù)都呈現(xiàn)在地圖上。有了這些數(shù)據(jù)，就可以準(zhǔn)確的告訴果農(nóng)每棵是需要化肥還是殺蟲(chóng)劑，并且可以統(tǒng)計(jì)每棵果樹(shù)上的果子數(shù)目。
此外，還可以對(duì)果樹(shù)建模，進(jìn)行三維重建，估算樹(shù)冠大小、樹(shù)葉面積等，判斷果樹(shù)是否健康，檢測(cè)早期的萎黃病，并向果農(nóng)報(bào)告，這使得果樹(shù)種植更加科學(xué)化，最后達(dá)到提升 10% 的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，降低水資源用量 25% 的目的。
無(wú)人機(jī)有N種可能性
通過(guò)結(jié)合仿生學(xué)原理，Vijay把研究重點(diǎn)主要放在飛行機(jī)器人的四個(gè)核心研發(fā)問(wèn)題上：體型、安全、智能、速度。雖然這四點(diǎn)看似簡(jiǎn)單，但要是一一展開(kāi)，無(wú)疑會(huì)讓我們看到一幅關(guān)于無(wú)人機(jī)的更大的畫(huà)卷。他的研究成果，就是對(duì)這四點(diǎn)最好的詮釋：
一，自主小型飛行器。這種飛行器可以利用GPS在復(fù)雜的三維環(huán)境中巡航，可以用于搜尋工作和精細(xì)農(nóng)作。這種無(wú)人機(jī)的重量只有20克，通過(guò)傳感器來(lái)規(guī)劃路線和監(jiān)控當(dāng)前環(huán)境，傳感器包括IMU（Inertial Measurement Unit）、攝像頭、激光測(cè)距儀、測(cè)高儀等。
二，飛行器矩陣。在矩陣中，每臺(tái)飛行器都是以自主的狀態(tài)完成任務(wù)，在沒(méi)有中央控制系統(tǒng)的情況下，僅根據(jù)旁邊飛行器的反應(yīng)而作出調(diào)整，從而達(dá)到協(xié)作的目的。
三，微型生物機(jī)器人。這些微型機(jī)器人只有10～100微米，由生物傳感器和馬達(dá)制動(dòng)。他們可以被用于藥物探索、微創(chuàng)治療以及微型裝配。同時(shí)，他們還可以被應(yīng)用在生物傳感器和生物電路的合成，幫助行成“傳感——驅(qū)動(dòng)——通信”的閉環(huán)。
四，飛天手機(jī)。智能手機(jī)是當(dāng)下最常見(jiàn)的高性能、低成本處理器和傳感器集成，用無(wú)人機(jī)搭載智能手機(jī)，相當(dāng)于擁有了一個(gè)給力的CPU/GPU、兩個(gè)攝像頭、一塊電池、GPS、Wi-Fi、藍(lán)牙模塊、IMU、電信數(shù)據(jù)接收器，以及相應(yīng)的內(nèi)存。這無(wú)疑給飛行器賦予了更好的性能。
通過(guò)上述研究，無(wú)人機(jī)可以被應(yīng)用在很多場(chǎng)景，例如可以放進(jìn)大樓作為報(bào)警器，一旦有入侵者，馬上報(bào)警；在建筑內(nèi)尋找煤氣泄漏，或者把飛行器送進(jìn)倒塌的樓房或核反應(yīng)堆，來(lái)探測(cè)放射強(qiáng)度；室內(nèi)建模，在陌生的空間內(nèi)構(gòu)建實(shí)時(shí)地圖，甚至連一些室內(nèi)細(xì)節(jié)都可以反映出來(lái)。
自動(dòng)化浪潮所帶來(lái)的社會(huì)挑戰(zhàn)
然而，在Vijay Kumare看來(lái)，自動(dòng)化浪潮在帶來(lái)機(jī)遇的同時(shí)，也會(huì)讓社會(huì)面臨一些挑戰(zhàn)：
首先，在科技民主化下，即隨著各種各樣的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)器人未來(lái)可以完成越來(lái)越多的工作，這就意味著未來(lái)會(huì)有很多人失去工作。
“比如現(xiàn)在機(jī)器人最擅長(zhǎng)考試，如果你只是擅長(zhǎng)考試的一個(gè)機(jī)器，那么你的工作四年后就有可能拱手讓給機(jī)器人了。而對(duì)我們來(lái)說(shuō)，最好的解決方案就是要不斷學(xué)習(xí)，只有永不停止的學(xué)習(xí)才能幫助我們免予受到機(jī)器人取代?！彼硎?。
其次，在不斷推動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)過(guò)程中，安全性問(wèn)題越來(lái)越重要，這主要來(lái)自于信任、機(jī)器人系統(tǒng)安全的挑戰(zhàn)，比如我們是否能夠信任機(jī)器人，機(jī)器人是否能夠抵御黑客攻擊等等。
最后，Vijay Kumare認(rèn)為我們正在進(jìn)入到現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界結(jié)合的人工智能時(shí)代，未來(lái)人工智能的發(fā)展會(huì)是爆發(fā)式的，但是人類(lèi)以及政府機(jī)構(gòu)對(duì)新技術(shù)的接受能力卻是線性的。
他表示，當(dāng)自動(dòng)駕駛的汽車(chē)和飛行器開(kāi)始普遍流行后，除了安全問(wèn)題，還要進(jìn)一步探討政府政策以及對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車(chē)、自動(dòng)駕駛無(wú)人機(jī)的法律監(jiān)管問(wèn)題。
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