（原標(biāo)題：Vijay Kumar實(shí)驗(yàn)室新成果 ：只依靠機(jī)載系統(tǒng)，自動穿過窗戶的無人機(jī) | 新智造）

小型無人機(jī)可以自動完成很多“空中雜技”表演，比如像之前我們看過的這個無人機(jī)穿過窗戶縫。不過這個場景，卻只能在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。

正如你在動圖里看到的，在無人機(jī)周圍亮著的紅色的燈光的，都是攝像機(jī)，它們以每秒幾百次的速度，搜集精確的數(shù)據(jù)信息，傳輸給外界的計算機(jī)系統(tǒng)，然后由計算機(jī)對無人機(jī)進(jìn)行控制。而無人機(jī)只需要執(zhí)行計算機(jī)給出的指令，完成規(guī)定動作就可以了。

所以這個小小的無人機(jī)，并不是獨(dú)立存在的，它更像是一個“傀儡”，執(zhí)行周圍龐大的攝像機(jī)和計算機(jī)系統(tǒng)的指令。

然而這一狀況已經(jīng)發(fā)生改變。最近，無人機(jī)大師 Vijay Kumar 的實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了一個令人驚嘆的新系統(tǒng)：他們實(shí)現(xiàn)了讓無人機(jī)在只需要機(jī)載傳感器和計算組件的情況下，自動穿過窗戶縫。這意味著外界攝像頭不需要了，外界的計算機(jī)也不需要了。第一次，這個無人機(jī)有了自己的“想法”，可以獨(dú)立完成任務(wù)。

這個無人機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：單純依靠機(jī)載的傳感器和計算組件，完成定位、狀態(tài)評估和路徑規(guī)劃，而不需要任何外界的幫助。

無人機(jī)上面攜帶了一個 IMU、高通驍龍?zhí)幚砥?以及 Hexagon DSP。 它非常輕巧，只有 250g 重，穿過窗戶縫的速度是 4.5 m/s， 加速度是 1.5g， 可進(jìn)行 90 度的翻轉(zhuǎn)。

這個系統(tǒng)的主要研究人員分別是 Giuseppe Loianno、Chris Brunner 和 Gary McGrath，他們都來自賓夕法尼亞大學(xué) Vijay Kumar 實(shí)驗(yàn)室。把一個由整個實(shí)驗(yàn)室裝備完成的系統(tǒng)，縮小至一個小無人機(jī)上，這是一個巨大的成就。而這個系統(tǒng)的研發(fā)工作進(jìn)行了 6 年時間。

不過需要注意的一點(diǎn)時，在完成動作之前，無人機(jī)已經(jīng)預(yù)先被告知了障礙物的位置。也就是說，障礙物的位置并不是無人機(jī)自己實(shí)時獲得的。對此，Vijay Kumar 和 Giuseppe Loianno 的回應(yīng)是：

“這個無人機(jī)有一個前置立體攝像頭，可進(jìn)行密集的地圖繪制，但是這個并沒有整合到實(shí)時軌跡規(guī)劃和控制框架里（不過這一點(diǎn)將會很快完成）。在這篇論文里，我們解決了狀態(tài)評估、軌跡控制和規(guī)劃的問題：如何依賴單一攝像頭和 IMU 獲得信息，從而估算整個無人機(jī)的狀態(tài)，并使用機(jī)載處理器來進(jìn)行軌跡規(guī)劃和控制。”

Vijay 解釋道，最難的一點(diǎn)，就是軌跡規(guī)劃和控制，因?yàn)檫@需要采取“極具創(chuàng)意的方法”：

“當(dāng)這個無人機(jī)穿過窗戶時，你會看到它獲得了動力然后翻了個身。這是自動完成的，并且是一個流暢的動作（相較而言，以前飛過窗戶的動作，是拆解成了 3 部分，然后拼接在一起）。另一個挑戰(zhàn)就是，依靠單一攝像頭和 IMU 來估算位置和速度，同時在 200Hz 的頻率下關(guān)閉反饋系統(tǒng)。”

研究人員目前正在致力于實(shí)時地圖測繪，這是障礙物偵測和動態(tài)路徑規(guī)劃的一個關(guān)鍵所在。

不過，我們非常樂意看到這個小東西在實(shí)驗(yàn)室之外的環(huán)境中工作。我家有太多半開的窗戶了，沒有無人機(jī)來穿一穿，有點(diǎn)浪費(fèi)呀。