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人工智能滑翔机来了,无人机该向它学点什么?

在人工智能的加持下,无人机也许才能实现真正意义上的“无人驾驶”。

一战时期,为了鸟悄儿地对德国进行打击,英国设想利用无线电来遥控飞机。这个想法一出,大家纷纷赞同,于是科研人员立马开工加紧研制。功夫不负有心人,十几年后,他们终于研制成功了……诶,一战结束多少年了?

这充分说明了现在司空见惯的无人机,在初创期技术是多么的难搞。然而这并不妨碍无人机价值的逐渐提升,其从军事领域逐渐向外扩展,到如今涉及社会的各个领域,比如航拍、地图遥测,比如到非洲种菜、送药、抓坏蛋……

而这么多年以来,围绕无人机的研发也是有条不紊,隐身效果越来越好、性能越来越强劲、飞行距离也越来越长。在人工智能时代到来之后,无人机更是获得了打开新的技术进步大门的钥匙。而最迫切地需要这把钥匙的无疑是那扇推了很久的门:

让无人机实现“无人”飞行。

说是无人机,飞起来还是离不开人

对无人机而言,如何实现在没有人进行驾驶操作的情况下能够安全飞行,自然是首要问题。

英国最初研制无人机的时候,曾经两次在试飞的前半段表现非常不错,最后却都因发动机熄火而失速坠毁、功亏一篑。这就凸显了其中两个方面的问题:一是机上没有驾驶员,无法采取正确而及时的处理措施;二是地面操控人员无法对无人机的情况进行实时评估从而采取措施。

当然我们也可以理解,当时技术落后,操控人员想进行干预也是心有余而力不足。哪怕是到今天,关于无人机的操控仍然是一个需要非常重要并需不断改进的议题。

今天的无人机操纵大致有三种方式。一种是无线操控,我们常见的遥控无人机拍摄就是采取这种方式。操作简单、易学,是最早也最广泛的无人机操控方式。另外一种则是提前设定具体的程序,比如飞行路线、固定地点的飞行姿态和具体的工作任务指令等,完成任务之后再按照提前设定好的程序原路返回。在执行长距离飞行任务的时候,比如遥测地图信息等会比较常用,整个过程基本上没有人为干预。而还有一种则是把无线操控和无人机自主飞行结合起来,没问题的时候放羊,有问题的时候接管,以最大程度保证无人机的顺利飞行。

从这个角度来看,虽然名为“无人机”,实际上在大多数情况下还是有人操控的。只不过驾驶行为从飞机转移到了指挥中心。因此,如何实现无人机更高程度上的自主飞行,也就成为了科研人员们攻关的重点。

而对民用无人机来说,除了操控问题之外,由于其技术精密程度远不如军用无人机,因此往往要考虑到天气对飞行的影响。很多无人机的使用说明上都会明确表示,在极端天气情况下,禁止或尽可能避免飞行。虽然很多无人机企业都表示自己的飞机能够扛过5级风,但似乎也没有多少人能买账。拿无人机送货来说,你说能扛过大风,那万一扛不过掉下来损失算谁的?

除此之外,如何尽可能延长无人机电力的使用时间,从而延长飞行时间也是摆在研究人员案头的头痛之时。毕竟对长距离工作而言,能飞得更久,当然是更好的。

而这些长期限制无人机的问题,在今天可能会有更好的答案出现了。

无人机听腻了?

你知道人工智能滑翔机吗?

人工智能给了无人机更多的可能,比如利用视觉技术进行自主执行拍照任务、自主飞行,但我们今天要说的却并非简单如此。一项最新的飞行器相关研究看似与无人机关系不大,但却很可能会为未来无人机的发展提供一种新的解决思路。

而这个飞行器,就是滑翔机。

加州大学圣迭戈分校的研究人员最近就利用强化学习训练了一架滑翔机在大气中自由地飞行。我们知道,滑翔机的原型就是飞鸟,但现实是它滑翔的高度、距离、速度等与鸟儿还有不小的差距。于是,鸟儿在滑翔中对气流、温度等因素的利用便成为了研究人员模拟并训练飞行器的标本。

研究人员开发了一种新的算法,将其搭载在附着于两米长的机器上的控制器,可以估算环境中的垂直风加速度、机翼上的垂直风速梯度、空气中的热度等,进而调整飞行俯仰的角度,实现自主飞行的策略。同时,还可以根据这些因素制定相应的导航策略。

而相关的实验则表明,研究人员对控制器进行强化训练的这套算法涉及的因素与鸟儿的滑翔也有密切的相关。

也就是说,在进行强化学习之后,滑翔机可能会越来越像鸟儿:不仅拥有相似的外形,还有拥有相近的物理滑翔原理。

那说了这么多,人工智能对滑翔机的解决方案对无人机又有什么用呢?

为了更安全和自主的飞行

说一点废话,无人机和滑翔机都是能飞的……但无人机需要动力,而滑翔机却不需要。

而这套人工智能系统索要解决的滑翔机的问题之一就是:如何让滑翔机能够飞得更远。通过对气流的充分利用、对温度的感应,滑翔机能够更好地捕捉空气动力。从这个角度上来说,对一些固定翼无人机而言,根据气流调整飞行姿态,便可以像滑翔机一样借助空气动力飞行,从而可以一定出程度上动力,实现更远距离的飞行。毕竟,对飞行而言可能一米就意味着生存与毁灭。

第二个方面则是以此来应对极端天气情况。在对滑翔机进行强化训练的时候,研究者们还有注意到在极端天气下鸟儿是如何实现安全滑翔的。这其中仍然是涉及对空气温度、风向、风俗的感知等方面的内容。移植到无人机上,则可以在其上搭载一个类似的传感器,搜集周围的天气状况,做出最合理的飞行方案来。这样一来,一些厂家所宣扬的“能扛5级大风”的标语,或许多少也该有人相信了吧……

而由以上两点可知,在这套人工智能系统的加持下,无人机的自主飞行能力也就会得到相应的提高。这里体现的优势有三:第一可以调整飞行状态,实现最长飞行距离;第二可以提出飞行策略,调整飞行导航路线;第三则是对环境因素进行分析判断,寻找极端情况下的最优方案,最大程度上保证飞行安全。

也就是说,人工智能对无人机的影响将可能不再仅仅局限于利用视觉技术寻找目标、利用导航技术确定位置,而是扩展到利用更多的传感器搜集飞行环境因素从而做出最佳的飞行方案。或者说,人工智能将会实现无人机的“飞行增强”。而无人机从出任务到回归,也就可能真的不需要任何远程操控;无人机也就将实现真正意义上的“无人驾驶”。

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