做座无人机变身空中机器人

无人机变身空中机器人

无人机变身空中机器人

智能程度的提高，让无人机日益向空中机器人为市场提供更多更轻更强的先进复合材料发展。机器人在空中既要控制自己的姿态和行动，又要完成预先指定的任务，这一切实现起来并不容易。

无人机家族是飞机里最为用规定1种机械运动的方法作实验的特点是神秘的一支，人们几乎总是要等到原型机发布后才能一窥它的外观，再到正式部署军队若干年后，各项性能指标和技术秘密才会逐渐浮出水面。然而一项大赛却将它推向了公众视野，虽然体积小重量轻，而且长相各异，却代表了世界上该项技术的最前沿。正是通过这个赛事，无人机被赋予了一个新名字：空中机器人。

无人飞机，还是会飞的机器人？

11 月9 日落幕的珠海国际航展上，包括“暗剑”、“战鹰”在内的数十款中国产无人机模型集体亮相，令不少军事爱好者和媒体们“激动不已”。不过，这些无人机多数还只是概念模型，有的还在试验阶段，不少更被指为“山寨版”。

所谓“无人机”，乍听上去似乎和机器人完全是两码事——伸展的机翼、硕大的机体、装有各种复杂仪表的驾驶舱 #8943; #8943只有热力学和流变学上精确平衡的热流道;自莱特兄弟以后，飞机在人们眼中似乎已形成一种刻板的印象。机器人的模仿对象是人，而飞机的模仿对象却是鸟，怎么会是一回事呢？然而，今天“空中机器人”的概念已超越了这样的思维定势。

美国佐治亚理工学院的教授罗伯特 米切尔森(Robert Michelson)是“空中机器人”概念的发明者，他认为，无人机本质上是各种能在空中自主飞行的飞行器，它本身就是一种特殊的机器人——和地面“机器人”相比，它会飞，却不具人形；而与无人“飞机”相比，它又像“机器人”一样，有自己的眼和脑，能自己控制自己的行动。

日本雅马哈RMAX 小型直升机也许是世界上最先进的航模。2008 年9 月，佐治亚理工学院就是靠它改装而成的GTAR 无人机，赢得了一项等待了整整7 年的奖金。按照规则， 无人机必须自己飞行到3000 米外的区域，找到地面上的一座房屋，确定房屋的门窗位置后，想办法拍摄到房屋内部的照片，并将照片发回地面站。

抛弃无人机背后的遥控器，这小小的要求看似简单，却隐含了一个巨大的跨越：智能。让飞机具有智能，不仅意味着它能自己实现起飞、飞行和降落，还意味着它能抛开人的任何控制，独立在空中完成掉头、悬停、认路以及执行各种机动任务。出于竞赛规则及可行性的考虑，参赛团队最经常使用的空中机器人平台仍是各种航模飞机，只是要将遥控设备卸下，给飞机重新装上复杂的控制系统及各种感应器：一台GPS 定位系统、一台自动摄像机、几根天线、密布着的传感器、以及用来调整姿态的惯性测量单元等，还需要给它的机载计算机里输入一些预先编好的程序。这无异于给一架飞机的躯壳装上“眼睛”和对动力电池产品的性能提升做出了规定“耳朵”，并实施“换脑”手术，还要让它们很好地和“身体”与“翅膀”协调工作。

艰难的超越

2008 年11 月，在清华大学的无人机实验室里，博士生王冠林所在的团队也在紧张地准备着一场比赛。12 月初，中国自己的空中机器人竞赛就要在中山举行。王冠林既是清华参赛队里的大师兄，也是整个空中机器人项目的规则设计者之一。

“我们和国外的差距至少在10 年以上。”王冠林介绍说，国内的比赛还没有完全摆脱遥控器。今年这已经是无人程度最高的一次——飞行阶段完全实现自主，但起飞和降落时还需要有人工指令的介入。而在国外，佐治亚理工队早在1992 年就已经实现了这种程度的智能化。

为确保飞行阶段不能有人工介入，这一年的飞行距离被强制扩大了。飞机起飞后，需穿越一段视距直线长度达3000 米的无人地带，可能是草地、荒野、农田或者水面，除了区域边界上有裁判员观察飞机是否出界以外，任何参赛人员均不允许靠近。这意味着，在飞离视线范围后只能由飞机自己来完成飞行任务，直到搜救阶段开始。

在国内比赛史上，这还是第一次超视距的飞行任务。11 月初，他们从甘肃订购的机体已经到达，其他诸如GPS、摄像机以及各种传感器也将在陆续抵达后，按照他们的控制系统设计，被装配到机体上去，并将预先编制好的程序指令输入机载计算机。

中山市火炬国际会展中心，里面的一处宽阔的停车场现在已经是一片杂草坪。这里将被用来作为本届空中机器人组比赛的主场地，3000 米外的另一处场地将作为搜救区域。届时，地面上将用醒目的红色划上一个2×2 米的“十”字，周围还将散落着5 个塑料人“伤员”，他们的某些肢体还会不停挥动以模仿呼救者。

救援是此次比赛的关键任务。自主飞行无人机进入搜救区域后需要寻找到这些“伤员”，确定其经纬度坐标，然后向舱外伸出摄像机俯视拍照，并将照片传回地面站。接着，飞机需要发现地面的红“十”字标识，在半径5 米的圆形区域内投放“救援物资”——一个30 克重的橙色长方形纸盒。所有这些工作完成后，才可以掉转头返回并着陆。

真正能飞的机器人

汶川大地震发生后，由中国兵器工业集团研制的一种名为“华鹰”号的救援无人机亮相，它重20千克，长约2 米，翼展2.6 米的身体盘旋在灾区上空，通过机上装载的自动摄像机，为地面救援人员及时传送回了大量清晰的灾情照片。它起飞后会先盘旋一圈，这是为了检验飞行状态，然后按照预先设定的航线，自动飞往预定目标执行任务。如果周围没有突出的障碍物，它需要一条100 米长的跑道就可以实现自主起降。如果采用遥控，跑道只需要20 米。

“华鹰”号是一架固定翼无人机，它依靠气流和固定的双翅飞行，不像螺旋机那样可以依靠头顶产生的升力悬停在空中，由于机动性不够，在低飞过程中拍出来的照片清晰度也有限。空中机器人比赛也因此特别设置了两个组，将固定翼组和旋翼组分开进行，这也是国际上的惯例。然而旋翼无人机虽然机动性更强，稳定性也更难以控制，因此实现起来也要困难得多。“在空中稳定悬停就是一个难题。”王冠林介绍说。

目前固定翼无人机主要用于执行速度较快、距地较高的任务。它一旦携带上武器，就可以实行空中打击。然而对于拯救人命这样的任务，它却望尘莫及。这也正是目前无论国际还是国内，旋翼无人机虽然更具难度，却更吸引人挑战的原因之一。

南京航空航天大学副校长梁德旺认为，从整个以战斗机为代表的军用飞机发展史来看，在过去是以活塞式发动机为动力的亚声速飞行时代，当前是以喷气式发动机为动力的超音速时代，未来则将是无人战斗机，或者说是无人机的时代。

从以消灭生命为主题，到以抢救生命为主题，预示了军用无人机和民用无人机在应用上融合的趋势。而从战斗型无人机到救援型空中机器人，各自并行不悖的两条脉络为这一趋势的发展提供了可能。就在不久前，美国宇航局也宣布成立了无人机研发中心，试图以空间机器人替代带轮子的月球车。看来，无人机作为飞机的历史已经行将结束，随着智能化的进一步提升，下一代的无人机将成为真正的能飞的机器人。