把無人機(jī)稱作“空中機(jī)器人”,更為貼切。它可以隨時(shí)隨地輕巧地騰空而起,把人類的眼睛“帶”上天空,也能把人類的雙手“送”到遠(yuǎn)方完成許多高難度的復(fù)雜任務(wù)。

36歲的天津大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院教授齊俊桐是為無人機(jī)裝上“大腦”的人。今年9月,在亞洲最大的直升機(jī)展——天津直升機(jī)博覽會(huì)(以下簡(jiǎn)稱“天津直博會(huì)”)上,齊俊桐科研團(tuán)隊(duì)展示了他們自主研發(fā)的直升機(jī)無人化解決方案,引來國(guó)內(nèi)外同行的高度關(guān)注。

不滿足于只讓空中機(jī)器人做“飛上天拍個(gè)照”的簡(jiǎn)單操作,十幾年來,齊俊桐一直致力于讓無人機(jī)的“大腦”越來越聰明:不僅要能飛上天,還要會(huì)思考、能判斷,同時(shí)還能代替人工精準(zhǔn)地在空中完成復(fù)雜的動(dòng)作。有了這樣的“大腦”,直升機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)無人駕駛。

幾年前,齊俊桐團(tuán)隊(duì)被世界權(quán)威雜志《Journal Of Field Robotics》(《野外機(jī)器人》)評(píng)選為“全球10個(gè)最有影響力的飛行機(jī)器人研發(fā)及應(yīng)用團(tuán)隊(duì)”,標(biāo)志著中國(guó)的無人機(jī)技術(shù)開始邁入世界先進(jìn)行列。

智能無人機(jī)幫各行各業(yè)插上“千里眼”

如今,只需花上幾百元,誰都可以擁有一臺(tái)無人機(jī)。在越來越多的場(chǎng)合,人們總會(huì)見到大大小小的無人機(jī)在空中盤旋嗡嗡作響,底下不遠(yuǎn)處站著手持遙控器的“飛手”。

齊俊桐稱現(xiàn)在是一個(gè)不折不扣的無人機(jī)時(shí)代。他把眼下的國(guó)內(nèi)的無人機(jī)產(chǎn)業(yè)分為兩類:消費(fèi)級(jí)和商用級(jí)。航拍、演出是消費(fèi)級(jí)無人機(jī)最主要的用途,只要能飛、能拍攝就好。也因?yàn)槟繕?biāo)過于趨同,這類無人機(jī)產(chǎn)業(yè)已成一片“紅海”。

如果說,普通消費(fèi)級(jí)無人機(jī)常與飛鳥、白云和美景相伴;那么商用級(jí)無人機(jī)必須面對(duì)的情景則復(fù)雜得多。商用無人機(jī)也被稱為“智能無人機(jī)”,它要做的是幫各行各業(yè)插上“千里眼”和“順風(fēng)耳”的難事。如耗時(shí)耗力的電網(wǎng)巡檢、物流配送、救災(zāi)應(yīng)急、農(nóng)藥噴灑等領(lǐng)域,都是它們施展拳腳的地方。也因不同行業(yè)的需求千差萬別,對(duì)無人機(jī)機(jī)型、控制、售后等要求也都完全不同,齊俊桐看到了智能無人機(jī)這條產(chǎn)業(yè)鏈上蘊(yùn)藏的巨大可能性。

四川省雅安市蘆山縣發(fā)生7.0級(jí)強(qiáng)烈地震時(shí),齊俊桐與同事們帶著智能無人機(jī)奔赴災(zāi)區(qū)。以往,搜救需要專業(yè)搜救人員分成幾組,挨家挨戶進(jìn)行人工排查,因搜索面積大,加上震后道路寸步難行,完成排查需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。可對(duì)那些被困的災(zāi)民而言,每一分鐘都在和死神賽跑。

齊俊桐團(tuán)隊(duì)到了之后,先用救災(zāi)應(yīng)急的智能無人機(jī)飛到天上自動(dòng)排查,“它能用自己的分析系統(tǒng),直接判斷哪些房屋倒塌、哪里需要進(jìn)一步救援”,帶著智能無人機(jī)傳回的數(shù)據(jù),救援人員的效率大大提高了,為更多災(zāi)民贏得了寶貴的時(shí)間。那一次讓齊俊桐更堅(jiān)定了自己的選擇。”

智能無人機(jī)要兼有“大腦”和“小腦”

與常見的航拍無人機(jī)不同,有了“大腦”的智能無人機(jī)甚至不再需要“飛手”。它們能自動(dòng)識(shí)別障礙物,并制訂出最小能耗的最優(yōu)躲避方案,來去自如。

齊俊桐解釋說,與人類一樣,智能無人機(jī)也有自己的“小腦”和“大腦”:“小腦”負(fù)責(zé)平衡穩(wěn)定,“大腦”用來感知和判斷周圍環(huán)境。

齊俊桐團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了自適應(yīng)飛控算法,將復(fù)雜環(huán)境感知的多傳感器數(shù)據(jù)融合導(dǎo)航技術(shù)和多余度、高可靠飛行控制技術(shù)及先進(jìn)控制算法融會(huì)貫通,“我們要讓無人機(jī)‘看到并判斷’周圍復(fù)雜的環(huán)境,還能自己找到回家的路。”

在剛剛過去的農(nóng)業(yè)作業(yè)季里,齊俊桐團(tuán)隊(duì)的智能無人機(jī)飛往全國(guó)29個(gè)省,為超過100萬畝作物噴灑藥劑。在平原地區(qū)作業(yè)還比較輕松,一旦遇到梯田、丘陵等復(fù)雜地形,智能無人機(jī)的“大腦”就需要一刻不停地思考,“這需要與環(huán)境產(chǎn)生更緊密的交互,要求無人機(jī)同時(shí)具備學(xué)習(xí)能力和數(shù)據(jù)分析能力。”齊俊桐說,無人機(jī)需要不斷感知和學(xué)習(xí)周圍的新環(huán)境,根據(jù)地勢(shì)變化及時(shí)調(diào)整自己的導(dǎo)航裝置,始終與作物保持一定的距離,才能保證農(nóng)藥的噴灑精準(zhǔn)無誤。

智能無人機(jī)噴灑農(nóng)藥最大的好處,是把農(nóng)民從繁重的體力勞動(dòng)和有害的作業(yè)環(huán)境中解放出來。同時(shí)無人機(jī)在藥劑噴灑時(shí)能保證溫度、濕度、保存、防水等方面的精度都達(dá)到工業(yè)級(jí)別。“無人機(jī)噴藥不但不會(huì)破壞作物,而且風(fēng)吹后葉子翻飛,更容易給葉子的背面施藥,”在不斷地實(shí)踐中,團(tuán)隊(duì)還特別增加了半自動(dòng)等寬噴灑、全自動(dòng)噴灑等多種適用于農(nóng)田作業(yè)的功能,讓農(nóng)藥噴灑變得簡(jiǎn)單、快捷。

沒有了“飛手”,對(duì)智能無人機(jī)的操控只需要通過手機(jī)就能實(shí)現(xiàn)。齊俊桐團(tuán)隊(duì)將物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)結(jié)合,研發(fā)了全國(guó)最大規(guī)模的空中無人化作業(yè)整體解決方案——“百思智云”云平臺(tái)。只需要在手機(jī)上劃定需要作業(yè)的范圍,無人機(jī)就能根據(jù)指令飛往指定區(qū)域完成噴灑。

齊俊桐認(rèn)為,無人機(jī)收集來的龐大數(shù)據(jù)擁有不可估量的價(jià)值。在今年4月至8月的農(nóng)業(yè)作業(yè)季期間,該平臺(tái)收到了超過8000萬條有效數(shù)據(jù),涉及作業(yè)面積、作業(yè)次數(shù)、飛防時(shí)間、噴灑藥劑數(shù)量等內(nèi)容,“既可以為廠商、飛防(通過植保無人機(jī)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行噴灑藥劑,降低病蟲災(zāi)害的作業(yè)方式——記者注)團(tuán)隊(duì)提供大數(shù)據(jù)服務(wù),還可以為相關(guān)監(jiān)管部門提供參考思路。”

把人從枯燥勞動(dòng)和艱苦環(huán)境中解放出來

在天津直博會(huì)上,齊俊桐團(tuán)隊(duì)展示的這套飛行控制系統(tǒng),可成功安裝和應(yīng)用在型號(hào)不同、大小各異的無人機(jī)上。

它可以成為一名巡檢員,代替人進(jìn)行長(zhǎng)距離、復(fù)雜環(huán)境的巡檢工作,如輸電線路、輸油線路及移動(dòng)鐵塔的巡檢等。齊俊桐粗略算了一下,傳統(tǒng)人工巡檢需要人拿著望遠(yuǎn)鏡查看線路,人工成本高、工作效率低,而利用智能化無人機(jī)開展工作,巡視效率約是人工的6倍到10倍。

隨著人們對(duì)智能無人機(jī)的要求越來越高,無人機(jī)巡檢不能只傳回十幾小時(shí)的巡邏畫面,還要能分析到底哪里存在問題和隱患,甚至能“伸出手”直接解決簡(jiǎn)單的問題。比如對(duì)于輸電線路導(dǎo)線上外飄物隱患處理問題,傳統(tǒng)人工需要5小時(shí)～8小時(shí),且線路需要停電;而無人機(jī)可以帶電作業(yè),并在15分鐘～20分鐘內(nèi)快速清除外飄物。

給無人機(jī)搭載紅外測(cè)溫設(shè)備,大約10分鐘就能完成過去約40分鐘才能完成的人工登塔測(cè)溫作業(yè),工作效率提升了3倍。“這也對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性,還有操作模式、流程提出了更高的要求。”目前,該團(tuán)隊(duì)研制的智能無人機(jī)已在南方偏遠(yuǎn)地區(qū)開展電力巡檢作業(yè)。

這幾年,齊俊桐團(tuán)隊(duì)又自主研發(fā)了國(guó)際領(lǐng)先的改造技術(shù),即對(duì)大型有人直升機(jī)進(jìn)行無人化改造,“畢竟重新設(shè)計(jì)一款飛機(jī)需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間,我們干脆讓現(xiàn)成的直升機(jī)實(shí)現(xiàn)無人駕駛。”

這相當(dāng)于給原本由人類駕駛的直升機(jī)裝上“大腦”,讓它能自己完成任務(wù)。無人化改造的基本思路是沿用有人直升機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、旋翼、傳動(dòng)等主體結(jié)構(gòu),通過對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造和電氣改造,再加裝飛行控制系統(tǒng)。這類智能無人機(jī)往往可以協(xié)助或代替人類開展森林防火、巡查、物流運(yùn)輸、救災(zāi)搶險(xiǎn)等工作。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)重量100公斤～3噸直升機(jī)的改造工作。

在“大腦”的指揮下,智能無人機(jī)幾乎無所不能,齊俊桐說,人工智能已經(jīng)改變了我們的生活、工作環(huán)境,“我們受惠于這種改變,并樂于投身其中,努力將人從枯燥重復(fù)的勞動(dòng)中解放出來。”(記者 胡春艷)