他因无人机坠落错失深造机会，却缔造了无人机帝国 | 总编专栏

本文是《环球科学》总编、社长陈宗周先生撰写的系列专栏“AI传奇”的第十三回。今年屡次发生的干扰机场事件，将无人机推向了舆论的风口浪尖。无人机是如何一步步走入我们的视野，在不久的将来，它们又将给我们的生活带来哪些变化？在这一回中，陈宗周先生将为我们回顾无人机的发展史、展望未来趋势。

 

陈宗周是《环球科学》杂志社社长，《电脑报》创始人。

2017年5月12日晚，重庆江北机场两次受到无人机干扰，共造成40余航班备降，60余航班取消，140余航班延误，影响的航班共计240个，上万旅客的出行受到影响。

这不是无人机第一次大闹机场了。仅在这年春季，西南地区三大机场中的另外两座——成都双流机场和昆明长水机场也遭受过大量无人机“黑飞”事件的严重困扰。

西南地区重要机场出现如此猖狂黑飞的原因扑朔迷离。利益相关方“阴谋论”的分析开始赫然出现在媒体报道中。由于这样的无人机黑飞属于严重违法，公安部门已经介入调查，并悬赏举报。全球著名无人机生产商大疆公司也加入悬赏行列，悬赏金额高达100万元。大疆还向媒体披露了本公司无人机严格的特定区域禁飞限制——机场净空区域内，GPS等传感器会自动感知禁飞区域，无人机根本无法起飞。

大疆公司对无人机黑飞如此重视，是因为各种黑飞事件都会带来严重后果，甚至影响无人机行业的发展，大疆自身也有深刻教训。2015年上半年，随着无人机在全球爆炸性地普及，媒体对黑飞事件的报道也大量涌现，成为全球热门重大新闻的就有：1月29日飞入白宫， 4月22日坠落日本首相官邸房顶等等。两年前的这些新闻，责难的矛头都指向DJI（大疆）公司。大疆迅速改进了飞控系统，对禁止飞入的区域进行了更严格的限制。

这类故事折射出一种趋势，作为移动机器人领域的无人机，今天正在人类社会中产生巨大影响。

无人机发展史

无人机是移动机器人中的一个大家族。无人机（UAV，即Unmanned Aerial Vehicle），是用无线遥控设备或自主控制设备控制飞行的不载人飞机，有固定翼无人机、单旋翼和多旋翼无人机（两种都称为直升机）等。按应用领域，无人机分为军用与民用，军用无人机有侦察机、察打一体机、靶机等。曾经有一种观点，认为大多数无人机还不能脱离人的操纵，算不上自主机器人，与AI的联系并不密切。但随着无人机的技术和应用的发展，AI已经一步步融入无人机领域并发挥越来越大的作用。

无人机本身的发展历史非常悠久，在莱特兄弟第一架飞机飞行之后不到20年，彼得·库珀（Peter Cooper）和埃尔默·斯佩里（Elmer  Sperry）于1917年发明了第一台自动陀螺稳定器，并将美国海军教练机改装为首架无人飞行器。不过，这个无人飞行器还不能回收，有去无回，只能作炸弹使用。所以，一般认为英国德・哈维兰公司20世纪30年代生产的可无线电遥控回收的蜂后无人机，才是第一架真正意义上的无人机。

之后，无人机的主要用途是军事领域，从第二次世界大战到目前的反恐军事行动，无人机越来越多地充当重要角色。上世纪60年代到70年代的越南战争中，美军开始使用无人机完成军事任务，减少飞行员的伤亡；70年代到80年代的中东战争中，以色列成功使用无人机完成侦察和释放诱饵消耗对方导弹等任务，创造了飞行员零死亡的奇迹。长期以来，无人机主要军用、高度保密的特征使其蒙上了神秘面纱。

军用无人机多为固定翼无人机，虽然上世纪20年代美国军方就有四旋翼直升飞机出现，直升机在军事上也得到大量使用，但旋翼无人机在军事上的大规模应用实际上还晚于民用。旋翼无人机虽然速度慢，但飞行稳定性、可以悬停、操控性好，上世纪90年代初开始出现在民用领域。无人机民用的条件也在一天天成熟，电子技术的微型化发展，使电子器件变得微小而便宜。比如，无人机飞行必需的装备GPS系统，刚推出的时候重达到数十磅，现在一块GPS芯片，只有0.3克；电机和电池也在小型化；同时，非常复杂的飞行控制系统已经能够安装在重量一公斤左右的消费级无人机上。2010年，法国Parrot公司推出了第一款消费级四旋翼无人机AR Drones。Drone在英语中是雄蜂和嗡嗡声的意思，也指无人机。Parrot公司的AR Drones虽然受欢迎，但离大规模普及还有很远的距离。无人机的神秘面纱最终被揭开、并在消费级民用领域大放异彩，与一位中国人有很大关系。

汪滔与大疆

2006年，一个叫汪滔的年轻人在深圳的居民楼里创办了一家公司，这就是今天全球闻名遐迩的大疆（DJI）公司。汪滔1980年生于杭州，高中毕业后考入华东师范大学。与一般大学生不同，大三时他没有继续读下去，而是退学想去麻省理工学院、斯坦福大学这样的世界一流大学。愿望虽然没有实现，但香港科技大学电子与计算机工程学系最后录取了他。

2005年，汪滔要准备毕业设计课题了，做什么呢？作为航模爱好者的他，想到了遥控直升飞机的飞控系统。遗憾的是，他和两位同学的这次毕业设计失败了，演示时，本应悬停在空中的直升机摔了下来，得了很差的成绩C，汪滔失去了去欧美名校深造的机会。

幸运的是，香港科技大学自动化技术中心主任李泽湘看好汪滔和他的方向，这位曾经在麻省理工学院AI实验室工作过的教授，是机器人专家。李泽湘不但愿意担任汪滔的研究生导师，还支持他边读研究生边在这个领域创业。李泽湘当时还兼任哈尔滨工业大学深圳研究生院特聘教授，他向汪滔引荐了哈工大青年女教师、刚从美国学成归来的犹他大学机器人专业博士朱晓蕊。朱博士是移动机器人专家，在她的参与和大家的通力合作下，大疆公司的无人机飞控系统有了突破性进展。

汪滔和他的大疆无人机

飞控系统是无人机的大脑，大疆公司的飞控系统起点非常高，把以前很复杂的、需要专业操纵手操作的无人机，变成了几乎人人都可以操纵的“傻瓜无人机”，这实际上是消费级无人机的一场静悄悄的革命。

汪滔是乔布斯那样的完美主义者，他不但要求无人机的性能、制造工艺完美，连包装、说明书等等也要求完美。2012年，大疆推出了“精灵”（Phantom）四旋翼无人机，成为消费级无人机的标杆，很快风靡世界。

大疆无人机在全球大卖，在西方已经成为圣诞节的重要礼物，还频频出现在著名影视节目中，连美国军方也开始采购大疆无人机，可见其流行程度。大疆无人机在全球消费级无人机市场占有70%的份额，是中国高科技新国货的标志性产品。美国《机器人商业评论》（RBR）评出的2016年度全球最具影响力50家机器人公司中，大疆公司名列第12。

大疆无人机的国际竞争力，在一个典型案例中充分显现。2016年10月，《福布斯》网站发表文章，讲述了美国最有名的无人机公司3D Robotics败给大疆的悲惨故事。3D Robotics的创办者克里斯·安德森（Chris Anderson）是美国名人，他是《连线》杂志的前主编，也是畅销书《长尾理论》、《新工业革命》等的作者。一般人不知道的是，他还是无人机爱好者，早在2007年就创办了网上无人机爱好者社区DIY Drone。顺理成章，他邀约了另外一位爱好者，两人在2009年创立了3D Robotics公司。2012年11月，安德森获得了500万美元的风险投资，第二年又得到3000万美元。安德森信心满满地宣称：“正如个人电脑在20世纪70年代诞生和兴起，个人无人机也将在这十年里崛起”，“我们正在进入无人机时代”。

安德森认为消费级无人机是一块几十亿美元的大蛋糕，而他的公司作为美国领军企业，理所当然会切到最大的一块。他似乎全然不见大洋彼岸还有中国大疆公司这样的先行者。这样的盲目，连员工也称为“典型的硅谷狂妄自大症”。

与大疆无人机市场较量的无情结果是，安德森烧掉1亿美元却看不到一点希望，无奈于2016年宣布退出无人机市场。

安德森和同事们把失败的原因归结为，大疆公司在深圳拥有强大的智能硬件制造垂直产业支撑体系，而3D Robotics却不具备。这样的认识只对了一半。大疆公司和其他中国无人机公司的研发能力也同样出色。截至2016年，大疆在全球已提交专利申请超过1500件，获得专利授权400多件，实力不凡。2016年3月，大疆推出Phantom4，让无人机进入机器视觉时代。前视双摄像头具备环境障碍物感知功能，基于图像识别的视觉跟随系统，能够实时自主避障，是全球智能视觉无人机的新标杆。

大疆的成功还带动了一大批中国企业投入无人机产业，形成完整而强大的产业链。AI在无人机中的应用，正在一步步深入，而大疆这样的中国公司，现在和未来都是潮流引领者。

广阔的应用领域

无人机广泛用于摄影航拍、影视、新闻、公安、消防、灾害救援、遥感测绘、电力、野生动物保护、森林火情监控等领域，而且这份名单还在迅速增加之中。

在农业领域，2015年12月大疆推出智能农业喷洒防治无人机——大疆MG-1农业植保机，药剂喷洒泵采用高精度智能控制，与飞行速度联动，可实现定速、定高飞行和定流量喷洒自动作业。其每小时作业量可达40至60亩，效率是人工喷洒的40倍以上。

在电子商务领域，用无人机解决物流问题是一个大胆的设想。2013年亚马逊提出无人机送货，让客户在下单后的30分钟内就能收到所购买的物品。新鲜一阵之后，质疑的声音一浪高过一浪。但亚马逊仍然坚持前行，2016年12月，在内部测试中，亚马逊的无人机将一罐爆米花送到客户手中。2017年4月，亚马逊又做了无人机送货的公开表演，把一支防晒霜送到特定地方又返回，一切自动进行，不需要人干预。亚马逊送货无人机速度可达每小时60英里（约97千米），飞行高度200~400英尺（约61~122米），送货往返距离最长20英里，最多可携带五磅物品。亚马逊认为，在农村、郊区甚至城区的屋顶上，无人机送货都是可行的。亚马逊的无人送货甚至还有了竞争对手，Alphabet的X部门（谷歌X实验室）Wing项目，就在研发无人机送货，在公开测试中，将炸薯条送到客户手中。

亚马逊公司的送货无人机

中国企业同样在探索物流领域的无人机应用，挟无人机制造大国的优势，中国公司发展目标更显得雄心勃勃。京东商城2016年6月在江苏宿迁完成了“无人机送货第一单”，测试用无人机往农村送货。2017年7月20日，在联想2017 Tech World大会上，京东CEO刘强东阐述了京东未来物流布局，计划在四川省兴建185个无人机货运机场，建成后可实现商品在24小时内送到全国任何城市。京东已经建成全球首个无人机调度中心，为无人机常态化运营做保障。据预测，用无人机配送网购商品，将削减70%的配送成本，在拥堵城市和偏远地区的配送时间将减少80%。几乎与京东发布信息同时，国内最大的快递公司顺丰宣布大型物流无人机总部基地落户成都双流。顺丰称，基地第一阶段开展大型物流无人机的相关试验，第二阶段完成四川省内无人机运营网络和基地建设。2020年起，开始向全国复制推广。

发展趋势：微型小型化和集群应用

微小型化，是无人机发展趋势之一。荷兰代尔夫特理工大学的微型飞行器实验室正在开发“口袋无人机”，每个无人机仅仅有手掌大小，能飞入室内，在建筑物遭到严重破坏的情况下帮助救援人员搜索幸存者。而哈佛大学一直在DARPA（美国国防部先进研究计划局）的资助下研究昆虫那么小的微型机器人RoboBee（机器人蜜蜂），哈佛大学的威斯生物工程研究所已经开发出翼展3厘米、重量80毫克并能实时控制的机器人蜜蜂，未来能像昆虫一样在农田监测作物生长环境，甚至像真正的蜜蜂一样为植物授粉，当然也能用于军事。

无人机的微小型化，为集群应用打下基础，集群应用是无人机发展的另一趋势。

2017年2月11日夜晚，广州农历鸡年元宵音乐会在海心沙广场举办，广州交响乐团的音乐家们在海心沙广场舞台演出，当《黄河》交响曲第三乐章旋律响起，一千架挟带LED绚丽灯光的无人机庞大机群升上夜空。

随着音乐声，机群流光溢彩的灯光，在天幕上画出迎新年的金鸡，写出“2017”和“福”字，组成巨幅中国地图。最后，“1000”这个数字出现在夜空，这场名为“天幕流星·千机变”的华丽无人机集群表演打破了吉尼斯纪录。

亿航公司的这次无人机表演编队非常密集，无人机之间的距离只有3~5米，采用高精度的卫星定位，每架无人机都有独立的IP地址，精确控制飞行动作和队形。而控制机群的，只有1台电脑。

这类无人机表演只不过是无人机集群应用新趋势的一次展示。体积小巧、成本低廉的无人机集群，像鸟群一样在天空自由飞翔，会带来的应用新场景，几乎有无穷的想象空间。在军事上，集群无人机可能会成为战场上的致命武器。当自组织的集群无人机铺天盖地飞来，现有各种武器组成的火力网和防线很难抵挡。美国就曾经从F/A-18战斗机上发射了103架小型“Perdix”无人机。这种一次性无人机重量仅几百克，采用3D打印技术制成，可作为诱饵干扰并定位对方雷达，从而破坏敌方的防空系统。

美国海军也在开发成本低于导弹的集群无人机。美国海军陆战队的计划更是雄心勃勃，他们的目标是在陆海空广泛应用一系列无人机。这些无人机可成为第一波侦察、定位并实施攻击的重要力量。

中国军用无人机集群应用同样引人注目，2016年11月珠海航展上，中国电子科技集团展示了我国首个固定翼无人机集群试验原型系统，实现了67架规模的集群原理验证，打破之前由美国海军保持的50架固定翼无人机集群的世界纪录。2017年6月，中国电子科技集团再次创造了这一领域的新记录。试验中，我国的119架小型固定翼无人机成功演示了密集弹射起飞、空中集结、多目标分组、编队合围、集群行动等动作。这标志智能无人集群应用的又一突破，奠定了我国在该领域的领先地位。智能无人系统专家赵彦杰表示，智能无人集群成为改变游戏规则的颠覆性力量，将重新定义未来力量的形态

无人机的未来

尽管无人机在民用和军用领域已经取得如此成就，但未来的前景更为广阔。清华大学自动控制专家、中国工程院院士吴澄表示：自主无人系统是人工智能新高潮的产物。美国国防部曾经制订《2005-2030年无人机系统路线图》，把无人机的发展分为10个等级。等级从低到高依次是：遥控引导、实施健康故障诊断、自修复与自适应、在线航路重规划、团队协调、团队战术重规划、团队战术目标、分布式控制、团队战略目标、完全自主群体。这一路线图虽然着眼于军事用途，但也常用于民用无人机，是衡量无人机发展水平的重要标志。吴澄院士认为，到2030年，我国无人机将实现全空域、全行业应用覆盖率达50%，自主能力达到9-10级的目标。这是一个很高的目标，现在美国主要的军用无人机水平也仅达到3-4级。

要实现无人机全空域、全行业大面积覆盖，如何管理好漫天飞舞的无人机，是一个很大的难题。事实上，每一架无人机都可以看成是一件致命的武器，这对无人机飞行的有序飞行和安全管理提出很高的要求。2016年1月，美国FAA（联邦航空管理局）作出很严格的规定，凡是重量0.5磅以上无人机的拥有者，都必须进行身份认定。中国民航总局也规定，从2017年6月1日起，250克以上无人机的拥有者都要进行实名登记。这类无人机相关法律制度的不断制定与完善，是无人机安全管理的必然趋势。同时，AI也会进一步在无人机飞行管理中起到重要作用。

智能无人机的广泛使用，是人类社会一次重要进步。将日常生活和工作从二维世界拓展到三维世界，机遇和挑战同时向我们走来。

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