無人機群（Drone Swarm）能救援、探勘，也能變身戰鬥部隊！

Posted By PeiHsuan Lai on 6 月 10, 2021 in 無人機, 特寫 | 0 comments

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作者：賴佩萱

提到無人機，你腦中浮現什麼樣畫面？是單一一台帶有螺旋槳的遙控玩具，還是一架大型軍用無人駕駛飛機？

這都是無人機的樣貌，不過，隨著技術不斷地進步，無人機的製造成本下降，能夠做得越精細小巧，還可以自主飛行，並組成以數百個，甚至數千個為單位的群體，像一大群鳥那樣在廣闊的天空中飛翔。

那所謂的「無人機機群（Drone Swarm）」就是一個地方聚集很多無人機，或是一群無人機同時移動嗎？其實正確來說，要建立一個真正的群體，需要的不僅僅是數字或中央控制。

無人機群自主導航、自動避障，還能執行編隊任務

來自中國浙江的研究團隊，於去年 11 月在全球性論文存取網站 arXiv，發表一篇名為「EGO-Swarm: A Fully Autonomous and Decentralized Quadrotor Swarm System in Cluttered Environments」的論文，該論文提出一種去中心化且異步的系統性解決方案，指出群體機器人在未知且充滿障礙物的場景中，僅使用機載資源，就能實現自主導航。

這種方法是建立在單一無人機的導航技術基礎上，透過無人機機上裝載的相機和電腦，無人機能夠在障礙物進入視野時，快速繪製繞過障礙物的路線。該團隊將此技術應用在無人機機群，透過無線網路來「廣播」飛行軌跡，讓每一架無人機能夠接收到彼此的飛行路徑訊息，如此一來，無人機群便能夠在保持編隊的同時，選擇可避免衝撞的路線飛行。

據外媒《sciencemag》報導，這個系統不需要很強的計算能力，而且在無線連線不穩定的情況下也能正常運作，在該團隊實際的測試中，從影片可以看出三架無人機在各式各樣的場域，如交叉通過拱門、雜亂地形飛行，甚或在隨機種滿樹木的森林中，有條不紊、規律地依照各自的感測與路線規劃，不妨礙他台無人機，順利地飛行。

研究人員表示，這種方法應該會很容易擴大規模。他們已經用電腦模擬器模擬密集的森林場景，成功讓多達 10 架的無人機同時飛行，他們認為，這項技術除了能協助消防人員執行災區的搜救任務，也能協助勘查森林的生態棲地。

迷你無人機，群聚力量無限大

雖然無人機應用於救援、探勘已經很多年了，但體積更小、可執行更複雜的無人機群可拯救更多的生命。

荷蘭代爾夫特大學（University of Delft）、奈梅亨拉德伯德大學（Radboud University of Nijmegen）以及英國利物浦大學（University of Liverpool）三所大學合作研發，花了四年的時間開發出「口袋無人機」機群，總重只有 33 克，清小道可以直接放在手心上。

由於這群口袋無人機體型小，無法像大多數自主機器人那樣建構高度精準的 3D 地圖，這群無人機主要採用一種新穎的演算法進行導航，稱為 bug 演算法（bug algorithm），讓無人機機群可在飛行中對障礙物做出反應。此外，這群口袋無人機還能夠在室內飛行，在建築物受到嚴重破壞以至於救援人員無法進入的困境下入內搜尋，分散尋找倖存者。

「小兵也能立大功」，口袋無人機群體型小，反而能執行室內搜尋任務。（Source）

英國羅浮堡大學（Loughborough University）的研究人員也建立了一個系統來幫助山地搜索和救援，這個系統由一支 10 架小型手動發射的無人機團隊組成，每台無人機上都配有熱像儀，可精準定位登山失蹤者，且每架無人機間可相互溝通，確保整個區域都有被查勘到。

軍事強國搶研發！無人機群變身作戰部隊

除了救援外，不得不提的就是「無人機機群」在軍事領域的應用。由於無人機會進行偵察、情報蒐集、定位敵方陣地，並發起攻擊，當大量、足夠多的無人機聚集在一起時，在某些方面可能勝過人類，因此一些軍事強國紛紛投入無人機機群技術的裝備研發行列。

以美國為例，美國之前從 F/A-18 噴氣式戰鬥機發射了 103 架小型「Perdix 無人機」，這些無人機只重幾百克，由 3D 列印技術打造而成，主要透過作為誘餌、干擾器、定位雷達的方式，來干擾敵人的防空力量。

而中國則是民用小型無人機的領導者，幾年前的一次航空展覽會上，國有企業中國電子科技集團公司（CETC）展出了一段近 70 架無人機同步飛行的影片。這些無人機編隊飛行，並合作完成情報搜集的任務，更令人驚奇的是，它們相互協調對敵方的導彈發射裝置進行「飽和攻擊」（saturation attack），從四面八方俯衝攻擊，防禦方根本無法招架。