無人機群(Drone Swarm)能救援、探勘,也能變身戰鬥部隊!

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。

小結

無人機群體應用廣,不論是空中、陸上、水面、水下,都有其可發揮之處,之所以被稱為「機群」,在於當它數量龐大到數百架、數千架時,具備非常強大的力量,視用途而論,可以是搜尋救援力,也可能是破壞殺傷力,期望隨著技術不斷演進之時,相關法規規範能夠越完整,在技術與應用上有相輔相成的發展。

參考資料

 

賴佩萱

Author: 賴佩萱

一個純粹覺得英文很美而選擇念英文系的女子,認為語言是開啟世界另一扇窗的鑰匙。喜歡用文字記錄生活、書寫故事,期望能透過細膩的觀察與有溫度的筆觸,傳達Maker充滿熱忱的精神。

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