美军的 LOCUST 项目想让无人机像昆虫一样集群飞行

美军的 LOCUST 项目想让无人机像昆虫一样集群飞行

前言

无论是蜂拥而至还是蝗虫袭来,我们会惊叹于这片黑压压的天空,但这些看似无序「嗡嗡」一片的小昆虫却保留着千万年来独特的集群飞行模式。

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而这种成千上万的「低等」昆虫有目的性的集群飞行至今依旧是科技界和学术界公认的「高级」飞行能力。目前,我们也在试图将这种集群模式逐渐加入到现有的飞行器中。

概览

「蝗虫」项目是美国海军一项研究从发射管发射起飞的无人机群项目。代号「蝗虫」是因为它是「低成本无人机集群技术」的英文缩写(LOCUST: Low-Cost UAV Swarming Technology)。

我们先通过一段视频来了解一下「蝗虫」项目今年的实验:

上月 27 日,美国海军研究办公室测试了此项目无人机的发射。而在本月 3 日,他们又测试了无人机的集群能力。在 2016 年,美国海军有计划发射上限为 30 架舰载自主集群的无人机。

功能&特点

「蝗虫」项目采用的是可从发射管直接发射起飞的「北美狼」无人机(Coyote drone)。这种无人机续航能力在一小时左右,时速可达每小时 90 英里(144.8 公里),重量不超过 13 磅(5.9 公斤)。

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「北美狼」无人机拥有有可折叠机翼和螺旋桨,在离开发射管之后它们迅速展开机翼进入飞行模式。这种廉价可替代和可配置的无人机可以从军舰,传统车辆,飞机等平台上直接发射起飞。

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但如果仅仅对于这种发射管发射的无人机本身感到惊叹的话,那你将会错过「蝗虫」项目最本质也最核心的技术——自主集群飞行技术。

视频中 4 月 3 日的现场测试我们可以看到共有 9 架无人机自主集群飞行,这个级别的真实实验是前所未有的。虽然我们无法从美国海军发布的视频和新闻稿中获得更多技术信息,但是自主集群飞行的技术发展目标却是非常明确的。

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自主集群飞行技术具有以下三个重要特点:

  1. 去中心化:没有一个个体处于中心控制主导飞行的地位。一旦有任何一个个体消失或丧失功能,整个群体依然有序地飞行。

  2. 自主化:飞行期间无人为操控,所有个体只控制个体飞行,并观察临近个体位置,但并不对任何其他个体产生主观影响作用。

  3. 自治化:所有个体自然形成一个稳定的集群结构,一旦有任何一个个体因丧失功能脱离群体或因任何原因改变群体结构位置,新的集群结构排列会快速自动形成并保持稳定。

点评

「蝗虫」的自主集群飞行技术其实是分布式(Distributed)和集群论(Swarm theory)的在无人机领域一个典型应用。自主集群飞行可以被应用于执行多架无人机复杂集体任务,例如大规模地质勘探,航空拍摄,物资投递,救灾抢险等领域。

目前,无人机单机地理定位和自主飞行已无基本没有技术障碍。但要实现更高智能自主集群飞行,还有很多的技术难关需要克服。

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在今年的 CES 展上的 Parrot 无人机运用了视觉定位技术的无人机群舞蹈,也是堪称惊艳。虽然目前这项技术仅仅处在雏形阶段,但相信自主集群飞行必将会成为未来飞行机器人的基础性技能。


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