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記者9月25日獲悉，西湖大學(xué)工學(xué)院人工智能系趙世鈺實驗室研發(fā)的飛行工具箱（FlyingToolbox）空中協(xié)同操作系統(tǒng)，成功攻克多旋翼無人機近距離飛行與高精度操作不可兼得的技術(shù)難題。這也是在全球首次實現(xiàn)多旋翼無人機“豎疊飛行”狀態(tài)下的高精度工具交換與協(xié)同作業(yè)，相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于《自然》期刊。

微小型無人機在低空經(jīng)濟中扮演著重要角色，它們既可以單飛，也可以群舞。但兩架多旋翼無人機幾乎無法像“疊羅漢”一樣上下疊飛?！斑@是由于兩架多旋翼無人機疊飛時，位于上方的無人機螺旋槳會向下持續(xù)地吹出強烈氣流，也就是下洗氣流。這會嚴(yán)重干擾無人機飛行的穩(wěn)定性?！壁w世鈺解釋，這成為多旋翼無人機技術(shù)發(fā)展的卡點。

研究團隊希望，多旋翼無人機不僅能執(zhí)行航拍、監(jiān)測等任務(wù)，還能化身為空中作業(yè)機器人——它們能代替人類在難以抵達(dá)的區(qū)域進(jìn)行作業(yè)，進(jìn)行危險物品抓取與放置、高空建筑清潔、接觸式檢修、空中增材制造等作業(yè)任務(wù)。

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，最新研發(fā)的飛行工具箱系統(tǒng)由工具箱無人機和操作無人機組成。前者可攜帶爪子、剪刀等多種末端執(zhí)行工具，后者配備可伸展機械臂。在飛行過程中，操作無人機可飛到工具箱無人機上方，自主完成工具拾取、放回等操作，全程無需人工干預(yù)。

趙世鈺介紹，為實現(xiàn)無人機高精度對接，團隊設(shè)計了三大核心技術(shù)模塊。其中，柔性電磁對接裝置通過電磁智能接口與彈性系繩設(shè)計，讓無人機對接時產(chǎn)生磁力吸附；氣流擾動估計與補償方法，結(jié)合植入于下方無人機的下洗氣流速度場模型，實時預(yù)測氣流影響并調(diào)整飛行；高精度對接與操作控制技術(shù)，通過相機識別二維碼判斷兩機相對距離，下方無人機實時調(diào)整旋翼速度，抵消氣流影響，實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

實驗數(shù)據(jù)顯示，兩架多旋翼無人機20次連續(xù)對接平均誤差僅0.80厘米。雙機協(xié)作可自主完成空中剪彩、抓取放置等動作；三機協(xié)作在高動態(tài)氣流環(huán)境中仍穩(wěn)定作業(yè)。

“這一技術(shù)突破有望推動多旋翼無人機在更多高難度場景中替代人類完成復(fù)雜任務(wù)?！壁w世鈺表示。

（西湖大學(xué)供圖）