这架仅27克的迷你无人机，不拍大片，只为寻找生还奇迹
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前不久大疆发布了最新一代的消费级无人机Mavic Air，号称大疆无人机产品中最便携的一款，重量为430克。
△ 大疆Mavic Air （图源：5iMX）
如果说大疆这款无人机算是“口袋无人机”，那么，今天「项目来啦」要介绍的无人机可以称得上是“迷你无人机”了，它的整体机身重量仅27克，比一颗鸡蛋还轻。
△ 深圳先进院研发的微型无人机（图源：先进院）
这是中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“先进院”）集成所周翊民团队研发的微型无人机，与市面上常见的无人机不同，它可不是用来航拍大片的，而是用于灾后的生命搜寻。
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2018年2月6日，台湾花莲近海发生了6.5级强震，据台湾媒体报道，花莲云翠大楼瞬间坍塌，1至4楼几乎挤压在一起，高度空间仅存不到50公分，搜救过程相当困难。 直至8日凌晨，现场才侦测到微弱生命迹象，然而已错过了最佳救援时机，最终造成14人罹难。
△ 台湾花莲地震现场，云翠大楼倾倒。（图源：中新网）
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据周翊民博士介绍，目前地震搜救以人工搜索、生命探测仪和搜救犬三种方式为主，由于灾后现场环境复杂，搜救工作难度大，若使用微型无人机搜索被困人员，能够为后续的救援行动提供决策支持，提升抗震救灾的工作效率。
“微型无人机主要针对没有GPS或GPS信号弱的情况下，在复杂环境中的生命探索，例如在地震、泥石流等自然灾害中，穿越门窗、通道、缝隙进入倒塌建筑内部进行搜救。”
△ 微型无人机由于体积小，可穿越门窗、通道、缝隙。（来源：先进院）
那么，仅有27克重的微型无人机是如何完成飞行、定位、搜救、通讯这一系列任务的？这就要从它极简的结构和强大的算法说起了。
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据先进院集成所工程师吕琴介绍，微型无人机宽仅9厘米，总重量27克，可飞行到100米的空中，预期续航时间达15分钟。
△ 深圳先进院研发的微型无人机（图源：先进院）
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该无人机主要搭载了摄像头、光流传感器、超声波传感器及惯导芯片。
摄像头主要用于拍摄受灾现场及倒塌建筑内部画面，实时传回地面站，用以判断是否有生命迹象；
光流传感器用于定位微型无人机的飞行高度；
超声波传感器用于测距，定位及避障；
惯导芯片则在无GPS或信号弱的环境下为微型无人机提供自主式的导航系统。
为了实现微型无人机的小型化、轻量化，周翊民团队在芯片及传感器的选择上也有所取舍，舍去了一般无人机用于定位和避障的红外传感器及激光雷达，转而通过多传感器协同及神经网络学习的方法来达到精准的定位。
△ 无人机基于神经网络的学习算法。（图源：先进院）
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除了生命探索外，周翊民团队的另一大目标是实现无人机的全自主飞行。
目前为止，市面上的无人机都需要通过手机或遥控器进行操控，据周翊民博士介绍，先进院正在研发的无人机全自主飞行技术可以使无人机脱离遥控器，自主执行任务。
“实现全自主飞行的无人机，只需通过地面站下达指令，例如从A地飞到B地，在这个过程中所有的路径规划、避障、调整飞行高度及方向都将由无人机自主完成。”
△ 地面站监控画面。（图源：先进院）
周翊民博士表示，目前研发的技术难点在于控制器的设计，即高级控制算法。由于搭载的传感器较少，因此需要依靠高级控制算法来实现无人机的悬停、翻转、定位、避障、生命体识别等功能，后期还将引进深度学习等人工智能算法。
△ 基于无人机平台的目标识别。（来源：先进院）
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续航是无人机面临的一个难题，由于微型无人机体积小，能够搭载的电池容量有限，续航时间仅有十多分钟，如何完成现场勘查搜救任务？周翊民博士给出了答案：5G+编队。
“微型无人机将以编队的形式执行任务，利用5G技术，使每架飞行器都可以成为一个基站。在一个飞行区域中会有一架无人机成为leader，与地面站和区域中的其它无人机保持通讯，进入下一区域后，另一架无人机则成为新的leader。”周翊民博士说。
△ 微型无人机将组队执行任务。（资料图，图片来自网络）
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通过这样通讯组网的方式实现了多架无人机的协同合作，既保障了无人机与地面站的实时通讯，同时也弥补了续航不足的短板，避免了任务中断、无人机失联的情况。
据周翊民博士透露，这台能够搜寻生命，自主飞行，组队行动的微型无人机预计将在2020年前完成研发，目前进入到算法优化和硬件调试阶段。此外，全自主飞行技术还将应用于海上大型无人机，执行海上搜救，海洋污染监测，打击违法捕捞等巡航任务。
图文编辑 严偲偲
版式设计 李信服
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