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人工智能面临伦理考验

瑞士无人机参与救援!

Rega救援无人机将于2021年在瑞士阿尔卑斯山区投入使用。 © By Thomas Luethi

随着全球搜救行动对无人机技术的需求日益增长,瑞士的科研人员和山地救援人员正在该领域取得巨大进展。然而入市障碍依然存在。

此内容发布于 2020年12月07日 - 09:00

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英国、美国和澳大利亚等国家的警察和应急服务部门越来越多地使用搭载热像仪和其他高科技传感器的无人机来监控海岸线(英)外部链接,帮助寻找迷路的背包客,甚至营救被困在大火中的考拉(英)外部链接

瑞士空中救援机构Rega目前正在测试一款自动化直升机式机器人,它可以在阿尔卑斯山区搜寻失踪或遇到困难的人。  

该救援服务机构是一家由350万名赞助者提供支持的非营利性基金会,它的服务在瑞士很有市场(英)外部链接,随着越来越多的人赴山区旅游,救援需求也越来越大。去年,每天约有31人在海内外接受该机构提供的空中医疗救援服务。  

Rega所使用的新型两米长无人机配备了摄像头、手机探测传感器、防碰撞系统以及苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)开发的算法,使其能够对大范围区域进行细致扫描,并自动识别地面人员。

训练有素的Rega操作员首先确定无人机应该搜索的精确区域,然后手动启动设备。一旦空中的无人机探测到地面上有人,就会向几公里外的操作员发出信号,由他们决定是否派出救援队。

Rega对救援无人机的投资成本讳莫如深,并坚称该设备不会取代任何现有救援服务;相反,它将被用于扩大常规救援行动。例如,它将在直升机因能见度低而不得不停飞的情况下被部署实施任务。

“我们不会用无人机取代其他救援手段,” Rega无人机项目负责人萨莎·哈德格(Sascha Hardegger)解释说:“相反,在恶劣的天气条件下,无人机可以为直升机或搜救犬提供支持。”

无人机谷

Rega采用无人机,是实验室研发转化为日常应用的最新实例。在过去的15年里,瑞士已成为无人机研发领域的领导军者。所谓的“无人机谷”已经日渐成型,它坐落于洛桑和苏黎世之间,承载着80多家公司和2500多个工作岗位。

为了汇集瑞士在这一领域的尖端研究,在瑞士国家科学基金会(Swiss National Science Foundation)的资助下,瑞士国家机器人能力研究中心(NCCR 多语)于2010年正式成立,外部链接它的目标是研发出“以人为本的新型机器人技术,改善我们的生活质量”。  

来自意大利翁布里亚的戴维·斯卡拉姆扎(Davide Scaramuzza 多语)外部链接负责领导NCCR对救援机器人的研究工作。他在苏黎世大学的团队设计了算法,并开发了带有机载摄像头和传感器的无人机,这种无人机的体型与Rega救援无人机相比要小得多,而且不依赖于全球卫星定位系统(GPS)。这意味着它们可以应用于地震等情况下,飞入楼宇并迅速探索建筑物,去搜寻离操作者较远的幸存者。

但为了使救援无人机得到更广泛的应用,设计者们还需要解决几个关键问题,比如:如何让它们在操作者视线范围外自主飞行;如何提升对障碍物反应的灵敏性;以及在搭载最新的大功耗摄像头和传感器的同时,该如何解决机体过于笨重的问题。

更快、更灵活

苏黎世大学机器人与感知小组(英)外部链接负责人斯卡拉姆扎表示,最大的挑战之一是研发出速度更快、续航能力更强的无人机。

他解释说,无人机的电池续航能力有限(飞行时间为20-30分钟)。而一般而言,无人机的续航里程越远,救援任务成功的机会就越大。

他说:“例如,如果你想让无人机去探索福岛核电站,你可能需要一架续航时长为3到个4小时的无人机。”

对于Rega的新型无人机来说,续航时长和里程仍然是一个悬而未决的问题。这款重达17公斤的飞行器目前采用电池提供动力,续航时间为2小时。它很快就会被改装成内燃机飞行器,以延长飞行时间,并将于2021年投入使用。

为了提高无人机的速度和灵活度,斯卡拉姆扎和他在苏黎世的团队为无人机安装了事件相机,帮助无人机避开障碍物。事件相机不记录图像或视频帧,而是输出数据点流,每当相机像素检测到环境亮度变化时就会触发。这种亮度变化往往与周围环境物体的运动或其他干扰有关。

而无人机的反应速度超快。今年夏天,一架搭载事件相机的小型无人机以每秒十米的速度飞行,并成功避开了向它抛去的球外部链接。无人机可以在短短3.5毫秒内感知、并开始躲避物体。

外部内容

斯卡拉姆扎说:“事件相机看清物体的速度比标准相机快1万倍。原则上,这意味着装载事件相机的无人机的飞行速度,可以比搭载标准相机的无人机快10倍。”   

他的团队还在以其他方式提升无人机的灵活度。他们与美国科技巨头英特尔合作,打造了一款带有导航算法的无人机,使其能够利用机载传感器的测量数据自主执行高速技巧和翻转(英)外部链接

研究人员甚至创造了可以“折叠”后通过狭窄空间的自主作业无人机。

他说:“我们研发的一款无人机可以从外面穿过一个很小的缝隙进入一个处于半塌陷状态的小房间,并利用摄像头找到出去的路。”在今年早些时候,他已经在伯尔尼向红十字会的搜救团队进行了演示。

可压缩的“鸟形”无人机

在瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL),科学家们还在研究如何提高下一代无人机的敏捷性、飞行时间和速度。

瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员最近展示了一款外表酷似苍鹰的“鸟形”无人机,带有可移动的羽状机翼和机尾,可让无人机加快或放慢转弯和飞行速度。

瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)以苍鹰为原型研制了一款无人机,它拥有可移动的羽状机翼和机尾。 © 2020 EPFL / Alain Herzog

“这种巨大的灵活度将使它能够在城市中绕开建筑物快速飞行,或在树枝交错的森林中飞行。这对于救援或检查任务来说具有重大意义,”瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)智能系统实验室负责人达里奥·弗洛里亚诺(Dario Floreano 英)外部链接解释道。在下一个阶段,该团队计划结合人工智能,让无人机实现半自主飞行。

外部内容

从炒作到应用

自启动以来,这项为期12年的NCCR计划已在救援机器人技术上投入了约1000万瑞郎(合人民币7260万元)。弗洛里亚诺认为,如果从相关的科研创业企业和参与的科学家数量来看,这笔钱“花得很值”,它"撬动了至少5倍以上的资金并创造了大量就业机会”。

但是专家们也承认,目前救援无人机仍属于小众市场且发展艰难。尽管瑞士的无人机初创企业数量众多,但专门从事救援无人机研究的公司寥寥无几。

斯卡拉姆扎解释说:“无人机最赚钱的应用领域首先当属桥梁和电线检修,其次是农业、安全和安保(搜索和救援是其子行业),以及娱乐产业。没有无人机公司仅专注于搜救领域,救援无人机只是他们的附带研究项目。”  

Flyability公司在这一专业领域可谓表现不俗。它专门从事室内和密闭空间的无人机检查和探索,在50多个国家拥有数百家客户。例如,他们的无人机最近飞入格陵兰岛上一些世界上最深的冰洞深处,帮助科学家们一探究竟。

斯卡拉姆扎说:“他们的搜救产品使用价值最高,但仍然需要人为操纵。”

Rega无人机搜救项目则与众不同,因为弗洛里亚诺认为,应急团队和专家们尚未完全掌握救援机器人的操作方式,使用方法似乎仍显过于复杂。  

“在真正发生灾害时,减灾团队需要在短时间内掌握的事情太多,而使用无人机会增加行动的复杂性,因此他们缺乏明确理由去使用无人机。”

他还认为,关于机器人具体能做些什么,目前依然存在着很多炒作和误解。

“搜救和减灾是我们的一个工作愿景,也是我们在设计机器人时心中向往的目标。但这是非常具有挑战性的事情。理想与现实之间仍有很大差距,还有很多工作要做,”他补充道。

(SWI中文部,译自英语)

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