@陈宗周

     智能无人机广泛使用，是人类社会的一次重要进步。将日常生活和工作从二维世界扩展到三维世界，机遇和挑战同时向我们走来。

一段悠长的发展历程

      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，上万旅客出行受到影响。在此之前，成都双流机场、昆明长水机场也遭受过大量无人机“黑飞”事件的严重困扰。这也折射出一种趋势，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，莱特兄弟第一架飞机飞行之后的十几年，1917年皮特·库柏（Peter Cooper）和埃尔默·斯佩里（Elmer  Sperry）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，无人机主要用途是在军事上，从第二次世界大战到目前的反恐军事行动，无人机充当重要角色。上世纪60年代到70年代越南战争中，美军开始使用无人机完成军事任务。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。

      上世纪90年代初，无人机开始出现在民用领域。电子技术的微型化发展，使电子器件变得微小而便宜。2010年，法国Parrot 公司推出了第一款消费级四旋翼无人机AR Drones，虽然受欢迎，但离大规模普及还有很远的距离。真正揭开无人机神秘面纱，让它在消费级民用领域大放异彩，与一位中国人有很大关系。

“80后”造梦家与大疆

      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，本身就是机器人专家。李泽湘不但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。李泽湘当时是哈尔滨工业大学深圳研究生院特聘教授，他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。

      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。

      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。

大疆精灵phantom 4

      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，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，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。他邀约了另外一位爱好者，两人在2009年创立了3D Robotics。2012年11月，安德森获得了500万美元风险投资，第二年，又得到3000万美元。

      然而，安德森烧掉1亿美元看不到一点希望，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没有深圳的那种强大智能硬件制造体系。这样的认识只对了一半，大疆公司和其他中国无人机公司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。大疆的成功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在消费级无人机中的应用，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。

迅速扩大的应用领域

      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、森林火情监控等等，而应用领域还正在迅速扩大。

      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。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，无人机送货是一个大胆的设想。2013年当亚马逊提出无人机送货，让客户在下单以后的30分钟内就能收到购买物品。亚马逊在2016年12月的内部测试中，把一罐爆米花送到客户手中。2017年4月，亚马逊无人机把一支防晒霜送到特定地方又返回，一切自动进行。亚马逊送货无人机速度可达60英里，飞行高度200-400英尺，送货往返距离最长 20英里，最多可携带五磅物品。

亚马逊送货无人机

      京东商城2016年6月开始测试用无人机往农村送货，京东2017年4月表示，计划在四川省兴建150个无人机货运机场，预计3年内投入运行，用无人机配送网购商品。据预测，这将削减配送成本70%。

      微小型化，是无人机发展的一个趋势。荷兰代尔夫特理工大学的微型飞行器实验室正在开发的“口袋无人机”，每个无人机仅有手掌大小，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) 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(Wyss) 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。

无人机集群崭露头角

      无人机的微小型化，为集群应用打下基础，集群应用也是无人机发展趋势之一。

      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，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。机群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，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。

      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，中国电科CETC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。

机遇与挑战

      清华大学自动控制专家、中国工程院吴澄院士表示：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：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10个等级。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。这是很高的目标，因为目前美国军用无人机水平也只有3-4级，中国无人机面临难得的机遇期。

      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。中国民航也宣布，2017年6月1日起正式对质量在250克以上的无人机实施登记注册。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。