你見過兩架無人機(jī)像“疊羅漢”一樣上下疊飛嗎？上方無人機(jī)精準(zhǔn)從下方無人機(jī)拿取搭載的工具，完成任務(wù)后再物歸原主。這一富有科技感又兼具實(shí)用性的場景，在西湖大學(xué)工學(xué)院人工智能系特聘研究員趙世鈺實(shí)驗(yàn)室成為現(xiàn)實(shí)。團(tuán)隊研發(fā)了一款名為飛行工具箱（FlyingToolbox）的空中協(xié)同操作系統(tǒng)，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了多架無人機(jī)在飛行過程中的高精度工具交換，成功攻克了近距離飛行與高精度操作難以兼顧的核心技術(shù)難題。這一突破性成果日前發(fā)表於國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

“大家在生活中見到過無人機(jī)單飛、群舞，卻幾乎沒有兩架無人機(jī)能像‘疊羅漢’一樣，一上一下疊飛。”趙世鈺介紹說，原因在於兩架無人機(jī)交疊時會產(chǎn)生強(qiáng)烈的“氣流干擾”，極易出現(xiàn)“翻車”事故，更不用提精準(zhǔn)作業(yè)。這個看似“簡單”的動作，其實(shí)是無人機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個卡點(diǎn)。這一問題可通過多機(jī)協(xié)作來解決。趙世鈺團(tuán)隊構(gòu)想，就像外科手術(shù)那樣，主刀醫(yī)生專注操作，護(hù)士在一旁遞剪刀、止血鉗等，無人機(jī)們也可以各司其職，交換工具。這樣一來，每個無人機(jī)都可以專注於自己角色，通過分工協(xié)作完成復(fù)雜作業(yè)任務(wù)。

為此，趙世鈺團(tuán)隊研發(fā)了飛行工具箱空中協(xié)同操作系統(tǒng)。這個系統(tǒng)由一架工具箱無人機(jī)和一架操作無人機(jī)組成。工具箱無人機(jī)，顧名思義，能夠攜帶多種不同類型的末端執(zhí)行工具，如爪子、剪刀等﹔而操作無人機(jī)，則是擁有可伸展的機(jī)械臂的那個“操作手”。

讓無人機(jī)真正合作起來，最大挑戰(zhàn)在於克服豎疊式飛行時的下沖氣流，在強(qiáng)風(fēng)中實(shí)現(xiàn)高精度空中對接。團(tuán)隊設(shè)計了三個“黑科技”核心模塊以破解難題：柔性電磁對接機(jī)構(gòu)、氣流擾動估計與補(bǔ)償方法、高精度對接與操作控制技術(shù)。

“柔性電磁對接機(jī)構(gòu)，是在接觸時會自動‘吸附’的電磁智能接口，這一設(shè)計大大提升了對接的精準(zhǔn)度。氣流擾動估計與補(bǔ)償方法，是指下方無人機(jī)能實(shí)時估計上方無人機(jī)產(chǎn)生的下洗氣流擾動強(qiáng)度。高精度對接與操作控制技術(shù)，則讓上方的無人機(jī)‘看得清’，讓下方的無人機(jī)‘飛得穩(wěn)’?！北疚牡谝蛔髡摺⑽骱髮W(xué)副研究員曹華姿說。

在實(shí)驗(yàn)室中，這套全新的飛行工具箱空中協(xié)同操作系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。趙世鈺介紹，它不僅成功完成了不少於20次的連續(xù)對接，還能勝任“雙機(jī)協(xié)作”及更加復(fù)雜的“三機(jī)協(xié)作”等任務(wù)場景，成功解決了近距離飛行與高精度操作之間的技術(shù)矛盾，實(shí)現(xiàn)了空中豎疊式飛行條件下的工具交換。

“我們相信，它能夠啟發(fā)更多研究人員從事關(guān)於空中作業(yè)任務(wù)的研究，實(shí)現(xiàn)如空中換電池、物資補(bǔ)給等更加復(fù)雜的任務(wù)。同時，它也能為實(shí)際任務(wù)提供潛在解決方案。”趙世鈺展望說。（記者晉浩天）

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