騰訊數(shù)碼訊（佳和）無人機(jī)及其組件變得越來越小，效率更高，功能更強(qiáng)，有許多人都在研究，想讓無人機(jī)在半結(jié)構(gòu)化環(huán)境中自動(dòng)飛行，不需要依賴外部定位技術(shù)。賓夕法尼亞大學(xué)在這方面取得了重要進(jìn)步，研究是DARPA部門“Fast Lightweight Autonomy”項(xiàng)目的一部分。
在過去幾年里，NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Laboratory，簡稱JPL）一直在開發(fā)小型無人機(jī)自主技術(shù)，項(xiàng)目得到的谷歌的資助。研究人員主要關(guān)注“高速動(dòng)態(tài)操縱”技術(shù)，也就是說讓無人機(jī)用嵌入式硬件在室內(nèi)賽道內(nèi)以盡可能快的速度飛行。在最終演示過程中，JPL讓自主無人機(jī)與專業(yè)無人機(jī)競賽玩家控制的無人機(jī)對(duì)決，穿過充滿障礙物的賽道。
這是一架AI無人機(jī)，完全自主飛行，換言之，無人機(jī)不需要外部定位技術(shù)，也不需要用外置計(jì)算機(jī)控制。AI無人機(jī)用高通驍龍F(tuán)light主板對(duì)飛機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。無人機(jī)安裝了兩個(gè)廣角攝像頭，可以自己為路線繪制3D地圖。一個(gè)攝像頭指向前方，一個(gè)指向后方，視野角度超過250度，視野一直會(huì)保持水平狀態(tài)。兩個(gè)攝像頭繪制出深度地圖，在飛行過程中，攝像頭和IMU（慣性測量單元）幫助無人機(jī)在地圖中定位，完成視覺慣性測距，追蹤動(dòng)作。
雖然無人機(jī)的飛行時(shí)速可以超過120公里，不過JPL的倉庫不夠大，無法讓無人機(jī)高速飛行。賽道極為復(fù)雜，肯恩o盧（Ken Loo）是一名職業(yè)無人機(jī)競賽玩家，他也覺得很難，因?yàn)橘惖篮軓?fù)雜，精神會(huì)承受很大壓力。當(dāng)肯恩o盧熟悉賽道之后，他可以在平均11秒多的時(shí)間內(nèi)跑完全程，無人機(jī)花的時(shí)間平均長3秒。為什么會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上的差異呢？主要是因?yàn)樽灾鳠o人機(jī)飛行時(shí)更順暢、更平穩(wěn)，每一圈的時(shí)間幾乎都是一樣的，而肯恩o盧不一樣，他操縱的無人機(jī)加速減速都更快，可以對(duì)飛行進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)督，不斷尋找捷徑，自主系統(tǒng)做不到。
JPL管理人員羅勃o雷德（Rob Reid）負(fù)責(zé)該項(xiàng)目，2015年，他曾開發(fā)過微型機(jī)器人太空刺猬。IEEE最近采訪了雷德，討論了AI無人機(jī)如何無法戰(zhàn)勝人類的問題，以及JPL準(zhǔn)備如何反擊，戰(zhàn)勝人類。
IEEE：這是一次演示比賽，JPL在無人機(jī)自主研究方面做了哪些工作，最終才能讓AI無人機(jī)參加比賽呢？
雷德：幾十年來，JPL一直在為航天器、無人機(jī)開發(fā)攝像頭導(dǎo)航技術(shù)。自2013年以來，我們與谷歌在Project Tango上展開合作，在過去2年里，JPL將Tango技術(shù)放進(jìn)無人機(jī)，用來驗(yàn)證新穎的導(dǎo)航算法。團(tuán)隊(duì)還在研究軌跡優(yōu)化技術(shù)，它可以處理氣體力學(xué)、攝像頭動(dòng)態(tài)模糊方面的問題。
IEEE：為什么無人機(jī)競賽是展示技術(shù)進(jìn)步的好選擇？
雷德：我們的目標(biāo)是證明無人機(jī)可以在充滿障礙的環(huán)境中擁有超高自主飛行能力，室內(nèi)無人機(jī)競賽的賽道很復(fù)雜，有許多障礙物，而且無人機(jī)必須快速穿過障礙物，這也是一個(gè)原因。
IEEE：你們有沒有預(yù)料到人類會(huì)獲勝？
雷德：結(jié)果并不意外，我們深信自己的無人機(jī)系統(tǒng)會(huì)變得很有競爭力，無人機(jī)和人都要學(xué)習(xí)，用盡可能快的速度優(yōu)化軌跡，到底誰的學(xué)習(xí)更快呢？我們并不知道。飛了一個(gè)下午，肯恩o盧將單圈時(shí)間縮短了幾秒，比算法進(jìn)步更快。在隨后的幾周里，我們對(duì)優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了調(diào)整。
IEEE：無人機(jī)在導(dǎo)航時(shí)碰到了哪些硬件障礙？它對(duì)比賽的成績?cè)斐稍鯓拥挠绊懀?/p>
雷德：在室內(nèi)飛行時(shí)，最大的限制來自于嵌入式攝像頭，我們用它追蹤無人機(jī)動(dòng)作，但是攝像頭的快門速度不夠快，無人機(jī)飛得太快，太接近地面，或者翻滾、傾斜太快了，導(dǎo)致圖像模糊，無人機(jī)迷路。我們用兩種辦法解決這個(gè)問題：第一種辦法，安裝兩個(gè)廣角攝像頭，一個(gè)向前，一個(gè)向后，可視角度大于250度，無人機(jī)的視野保持水平狀態(tài)；第二種方法，我會(huì)調(diào)整軌跡，對(duì)自轉(zhuǎn)速率、速度重量比進(jìn)行限制。
IEEE：在結(jié)構(gòu)化環(huán)境內(nèi)，還要等多久無人機(jī)才能與人類專業(yè)操縱者一爭高下？
雷德：如果是一般的無人機(jī)競賽，硬件已經(jīng)可以打敗人類專業(yè)玩家了。不過我們無法在夜間比賽，如果賽道許多地方出現(xiàn)視覺重復(fù)，也沒有辦法應(yīng)付。
IEEE：你們會(huì)不會(huì)繼續(xù)推進(jìn)該項(xiàng)目？或者說，未來我們可以保持怎樣的期待？
雷德：工作會(huì)繼續(xù)，下一步如何推進(jìn)？很遺憾，我不能透露太多。不過你可以保持期待，未來會(huì)有更先進(jìn)的無人機(jī)亮相，它們可以感知障礙物，通過網(wǎng)絡(luò)更新軌跡。
結(jié)語：
無人機(jī)機(jī)器人技術(shù)正在快速進(jìn)化，比如基于事件的攝像頭可以緩解圖像模糊問題，讓飛行更靈動(dòng)。雷德說得沒錯(cuò)，無人機(jī)硬件將會(huì)超越人類，機(jī)器人的挑戰(zhàn)主要來自軟件，不是硬件，大多數(shù)情況下都是這樣的，只有極少數(shù)例外。話雖如此，并不意味著問題更容易解決，讓我們對(duì)JPL無人機(jī)保持期待吧。a
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