無人機避障不再老大難，Vijay Kumar 用彈性減震另辟蹊徑

近年來，機器人領(lǐng)域一直有個老大難問題：如何將感應(yīng)器和算法結(jié)合起來，讓無人機實現(xiàn)避障。要知道，小型無人機通常都飛得很快，它沒有為感應(yīng)器或計算機設(shè)置有效載荷能力，幫助它避開在飛行過程中可能遇到的，類似樹木和電線這樣的實時障礙。要是無法避障，我們又怎么能讓無人機在30分鐘內(nèi)，將貨物送達消費者手中呢？

在賓夕法尼亞大學的 GRASP Lab 中，由 Yash Mulgaonkar, Luis Guerrero-Bonilla、Anurag Makineni 以及大名鼎鼎的 Vijay Kumar 教授組成的研究團隊一直在努力研究，如何讓四軸無人機順利穿過玻璃。由此，他們提出了一個幫小型無人機實現(xiàn)導航和避障的簡易方法：給它們安一個減震結(jié)構(gòu)，讓它們自個兒飛去吧，不會有事兒的。

“不會有事兒的”——這其實是一種處事哲學。像蜜蜂這樣身型嬌小的昆蟲就是這條哲學金句的踐行者：它們就這么往前飛，根本不需要擔心撞到別的東西上，或是撞到其他蜜蜂。就算撞到了，它們只需要聳聳肩，就可以繼續(xù)往前飛了。

從這個層面思考，假設(shè)你是一個機器人學家，你大概就會有這樣的觀點：“對這些小東西來說，跌跌撞撞根本不足一提。因為感應(yīng)器和控制器都不能精確到保證無人機永遠不發(fā)生碰撞事故。”所以不要想著可以完全避免小碰小撞了——當你撞上什么東西的時候，盡量別讓自己撞得太慘就好。在這方面，瑞士的創(chuàng)業(yè)公司 Flyability 是第一個在常規(guī)型號、帶有萬向保護罩的無人機身上展現(xiàn)碰撞穩(wěn)定性的益處的——他們的無人機可是在森林和冰穴中歷練過的呢。

在無人機的研發(fā)過程中，賓大 GRASP Lab 團隊想要尋求生物學方面的靈感，于是他們的關(guān)注點在于有彈性的小型無人機。最后，這個團隊推出了一系列重約25克、長僅10公分的寬版微型無人機。每架無人機都有一個輕量級的、形狀類似綱踄克的自動復原減震結(jié)構(gòu)。它由熱固化的紗質(zhì)材質(zhì)構(gòu)成，包含了1萬2千股碳纖維。這款微型無人機可以由一個簡單的控制器操縱，它“不需要考慮其他機器人或是障礙所處的位置，也不需要具備碰撞反應(yīng)機制。”它需要做的就是讓微型無人機更加穩(wěn)定，然后將它們導向目標位置。它的運行過程非常流程，甚至當機器人沒有識別到障礙以及其他微型無人機時也可以正常運行。

對此，Vijay Kumar 教授表示：

“這個解決方法非常獨特。要知道，由于繁忙的感應(yīng)器和資源壓縮的處理器的存在，障礙是根本無法避開的。這款無人機通過對碰撞的彈性反應(yīng)，在獲取本地信息的情況下，就可以輕松實現(xiàn)導航。目前，我們正在嘗試讓安全而智能的機器人在雜亂的室內(nèi)環(huán)境中運行。”

至于這個研究成果的實際應(yīng)用方向，Kumar 說，在應(yīng)急環(huán)境中，無人機可以對室內(nèi)環(huán)境進行探索：

“想想一下，在救援環(huán)境中，你想靠一些機器人進入受到污染的地方或是危樓內(nèi)，獲取地圖。我們打造的這款機器人可以讓你擺脫動作規(guī)劃等高難度問題的束縛，只需要通過簡單的控制算法。如果你放心讓機器接受碰撞可能帶來的后果，你就可以用非常簡單的算法實現(xiàn)導航了。”

via IEEE Spectrum

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