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无人机避障不再老大难,Vijay Kumar 用弹性减震另辟蹊径

本文作者:杨波 2016-11-01 17:14
导语:日前,由Vijay Kumar 教授带领的宾夕法尼亚大学的 GRASP Lab 研究团队打造了一款对障碍实现弹性反应的微型无人机。

无人机避障不再老大难,Vijay Kumar 用弹性减震另辟蹊径

近年来,机器人领域一直有个老大难问题:如何将感应器和算法结合起来,让无人机实现避障。要知道,小型无人机通常都飞得很快,它没有为感应器或计算机设置有效载荷能力,帮助它避开在飞行过程中可能遇到的,类似树木和电线这样的实时障碍。要是无法避障,我们又怎么能让无人机在30分钟内,将货物送达消费者手中呢?

在宾夕法尼亚大学的 GRASP Lab 中,由 Yash Mulgaonkar, Luis Guerrero-Bonilla、Anurag Makineni 以及大名鼎鼎的 Vijay Kumar 教授组成的研究团队一直在努力研究,如何让四轴无人机顺利穿过玻璃。由此,他们提出了一个帮小型无人机实现导航和避障的简易方法:给它们安一个减震结构,让它们自个儿飞去吧,不会有事儿的。

“不会有事儿的”——这其实是一种处事哲学。像蜜蜂这样身型娇小的昆虫就是这条哲学金句的践行者:它们就这么往前飞,根本不需要担心撞到别的东西上,或是撞到其他蜜蜂。就算撞到了,它们只需要耸耸肩,就可以继续往前飞了。

无人机避障不再老大难,Vijay Kumar 用弹性减震另辟蹊径

从这个层面思考,假设你是一个机器人学家,你大概就会有这样的观点:“对这些小东西来说,跌跌撞撞根本不足一提。因为感应器和控制器都不能精确到保证无人机永远不发生碰撞事故。”所以不要想着可以完全避免小碰小撞了——当你撞上什么东西的时候,尽量别让自己撞得太惨就好。在这方面,瑞士的创业公司 Flyability 是第一个在常规型号、带有万向保护罩的无人机身上展现碰撞稳定性的益处的——他们的无人机可是在森林和冰穴中历练过的呢。

在无人机的研发过程中,宾大 GRASP Lab 团队想要寻求生物学方面的灵感,于是他们的关注点在于有弹性的小型无人机。最后,这个团队推出了一系列重约25克、长仅10公分的宽版微型无人机。每架无人机都有一个轻量级的、形状类似纲踄克的自动复原减震结构。它由热固化的纱质材质构成,包含了1万2千股碳纤维。这款微型无人机可以由一个简单的控制器操纵,它“不需要考虑其他机器人或是障碍所处的位置,也不需要具备碰撞反应机制。”它需要做的就是让微型无人机更加稳定,然后将它们导向目标位置。它的运行过程非常流程,甚至当机器人没有识别到障碍以及其他微型无人机时也可以正常运行。

对此,Vijay Kumar 教授表示:

“这个解决方法非常独特。要知道,由于繁忙的感应器和资源压缩的处理器的存在,障碍是根本无法避开的。这款无人机通过对碰撞的弹性反应,在获取本地信息的情况下,就可以轻松实现导航。目前,我们正在尝试让安全而智能的机器人在杂乱的室内环境中运行。”

至于这个研究成果的实际应用方向,Kumar 说,在应急环境中,无人机可以对室内环境进行探索:

“想想一下,在救援环境中,你想靠一些机器人进入受到污染的地方或是危楼内,获取地图。我们打造的这款机器人可以让你摆脱动作规划等高难度问题的束缚,只需要通过简单的控制算法。如果你放心让机器接受碰撞可能带来的后果,你就可以用非常简单的算法实现导航了。”

via IEEE Spectrum

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