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瑞士無人機參與救援!

Rega救援無人機將於2021年在瑞士阿爾卑斯山區投入使用。 © By Thomas Luethi

隨著全球搜救行動對無人機技術的需求日益增長,瑞士的研究人員和山地救援人員正在該領域取得巨大進展。然而入市障礙依然存在。

此内容发布于 2020年12月07日 - 09:00

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英國、美國和澳洲等國家的警察和應急服務部門越來越多地使用搭載熱像儀和其他高科技傳感器的無人機來監控海岸線(英)外部链接,幫助尋找迷路的背包客,甚至營救被困在大火中的無尾熊(英)外部链接

瑞士空中救援機構Rega目前正在測試一款自動化直升機式機器人,它可以在阿爾卑斯山區搜尋失踪或遇到困難的人。

該救援服務機構是一家由350萬名贊助者提供支援的非營利性基金會,它的服務在瑞士很有市場(英)外部链接,隨著越來越多的人赴山區旅遊,救援需求也越來越大。去年,每天約有31人在海內外接受該機構提供的空中醫療救援服務。

Rega所使用的新型兩米長無人機配備了攝影機、手機探測傳感器、防碰撞系統以及蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)開發的技術,使其能夠對大範圍區域進行細緻掃描,並自動識別地面人員。

訓練有素的Rega操作員首先確定無人機應該搜索的精確區域,然後手動啟動設備。一旦空中的無人機探測到地面上有人,就會向幾公里外的操作員發出信號,由他們決定是否派出救援隊。

Rega對救援無人機的投資成本守口如瓶,並堅稱該設備不會取代任何現有救​​援服務;相反,它將被用於擴大常規救援行動。例如,它將在直升機因能見度低而不得不停飛的情況下部署實行任務。

“我們不會用無人機取代其他救援手段,” Rega無人機項目負責人薩莎·哈德格(Sascha Hardegger)解釋說:“相反,在惡劣的天氣條件下,無人機可以為直升機或搜救犬提供支援。”

無人機谷

Rega採用無人機,是實驗室研發轉化為日常應用的最新實例。在過去的15年裡,瑞士已成為無人機研發領域的先驅。所謂的“無人機谷”已經日漸成型,它坐落於洛桑和蘇黎世之間,承載著80多家公司和2500多個工作職缺。

為了匯集瑞士在這一領域的尖端研究,在瑞士國家科學基金會(Swiss National Science Foundation)的資助下,瑞士國家機器人能力研究中心(NCCR 多語)外部链接於2010年正式成立,它的目標是研發出“以人為本的新型機器人技術,改善我們的生活質量”。

來自意大利翁布里亞的戴維·斯卡拉姆扎(Davide Scaramuzza 多語)外部链接負責領導NCCR對救援機器人的研究工作。他在蘇黎世大學的團隊設計了技術,並開發了帶有機載攝影機和傳感器的無人機,這種無人機的體型與Rega救援無人機相比要小得多,而且不依賴於全球衛星定位系統(GPS)。這意味著它們可以應用於地震等情況下,飛入樓宇並迅速探索建築物,去搜尋離操作者較遠的倖存者。

但為了使救援無人機得到更廣泛的應用,設計者們還需要解決幾個關鍵問題,比如:如何讓它們在操作者視線範圍外自主飛行;如何提升對障礙物反應的靈敏性;以及在搭載最新的大功耗攝影機和傳感器的同時,該如何解決機體過於笨重的問題。

更快、更靈活

蘇黎世大學機器人與感知小組(英)外部链接負責人斯卡拉姆扎表示,最大的挑戰之一是研發出速度更快、續航能力更強的無人機。

他解釋說,無人機的電池續航能力有限(飛行時間為20-30分鐘)。而一般而言,無人機的續航里程越遠,救援任務成功的機會就越大。

他說:“例如,如果你想讓無人機去探索福島核電站,你可能需要一架續航時長為3到個4小時的無人機。”

對於Rega的新型無人機來說,續航時長和里程仍然是一個懸而未決的問題。這款重達17公斤的飛行器目前採用電池提供動力,續航時間為2小時。它很快就會被改裝成內燃機飛行器,以延長飛行時間,並將於2021年投入使用。

為了提高無人機的速度和靈活度,斯卡拉姆扎和他在蘇黎世的團隊為無人機安裝了事件相機,幫助無人機避開障礙物。事件相機不記錄圖像或視頻幀,而是輸出數據點流,每當相機像素檢測到環境亮度變化時就會觸發。這種亮度變化往往與周圍環境物體的運動或其他干擾有關。

而無人機的反應速度超快。今年夏天,一架搭載事件相機的小型無人機以每秒十米的速度飛行,並成功避開了向它拋去的球外部链接。無人機可以在短短3.5毫秒內感知、並開始躲避物體。

外部内容

斯卡拉姆扎說:“事件相機看清物體的速度比標準相機快1萬倍。原則上,這意味著裝載事件相機的無人機的飛行速度,可以比搭載標準相機的無人機快10倍。”

他的團隊還在以其他方式提升無人機的靈活度。他們與美國科技巨頭英特爾合作,打造了一款帶有導航技術的無人機,使其能夠利用機載傳感器的測量數據自主執行高速技巧和翻轉(英)外部链接

研究人員甚至創造了可以“折疊”後通過狹窄空間的自主作業無人機。

他說:“我們研發的一款無人機可以從外面穿過一個很小的縫隙進入一個處於半塌陷狀態的小房間,並利用攝影機找到出去的路。”在今年早些時候,他已經在伯恩向紅十字會的搜救團隊進行了演示。

可壓縮的“鳥形”無人機

在瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL),科學家們還在研究如何提高下一代無人機的敏捷性、飛行時間和速度。

瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)的研究人員最近展示了一款外表酷似蒼鷹的“鳥形”無人機,帶有可移動的羽狀機翼和機尾,可讓無人機加快或放慢轉彎和飛行速度。

瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)以蒼鷹為原型研發了一款無人機,它擁有可移動的羽狀機翼和機尾。 © 2020 EPFL / Alain Herzog

“這種巨大的靈活度將使它能夠在城市中繞開建築物快速飛行,或在樹枝交錯的森林中飛行。這對於救援或檢查任務來說具有重大意義,”瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL )智能系統實驗室負責人達里奧·弗洛里亞諾(Dario Floreano 英)外部链接解釋道。在下一個階段,該團隊計劃結合人工智能,讓無人機實現半自主飛行。

外部内容

從炒作到應用

自啟動以來,這項為期12年的NCCR計劃已在救援機器人技術上投入了約1000萬瑞郎(約合1108.2美金)。弗洛里亞諾認為,如果從相關的科研創業企業和參與的科學家數量來看,這筆錢“花得很值”,它"撬動了至少5倍以上的資金並創造了大量就業機會” 。

但是專家們也承認,目前救援無人機仍屬於小眾市場且發展艱難。儘管瑞士的無人機初創企業數量眾多,但專門從事救援無人機研究的公司寥寥無幾。

斯卡拉姆扎解釋說:“無人機最賺錢的應用領域首先當屬橋樑和電線檢修,其次是農業、安全和安保(搜索和救援是其子行業),以及娛樂產業。沒有無人機公司僅專注於搜救領域,救援無人機只是他們的附帶研究項目。”

Flyability公司在這一專業領域可謂表現不俗。它專門從事室內和密閉空間的無人機檢查和探索,在50多個國家擁有數百家客戶。例如,他們的無人機最近飛入格陵蘭島上一些世界上最深的冰洞深處,幫助科學家們一探究竟。

斯卡拉姆扎說:“他們的搜救產品使用價值最高,但仍然需要人工操作。”

Rega無人機搜救項目則與眾不同,因為弗洛里亞諾認為,應急團隊和專家們尚未完全掌握救援機器人的操作方式,使用方法似乎仍顯過於複雜。

“在真正發生災害時,救災團隊需要在短時間內掌握的事情太多,而使用無人機會增加行動的複雜性,因此他們缺乏明確理由去使用無人機。”

他還認為,關於機器人具體能做些什麼,目前依然存在著很多炒作和誤解。

(SWI中文部,譯自英語)

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