無人機，讓生活更美好

06-19

來源：中國網，偉創力《Intelligence》季刊第六期遙控設備如何在戰場以外找到用武之地多年來，無人機(UAV)一直佔據著各大報刊媒體的頭版頭條，美國等國家已經使用無人機對中東及其它地區展開監控並實施快速而隱蔽的軍事打擊。不過還有一些鮮為眾人所知的無人機。長期以來，人們藉助這些無人機去完成各類相對繁瑣或危險的海陸空作業。無人機的作用當然不止於此，許多無人機甚至可以拯救生命。如今，無人機的應用已經十分普遍，其中包括人道主義救助。杜克大學研究員專門針對非洲加彭的野生動物保護項目研發了一款廉價無人機。護林員可以利用它來監視大象隱秘的行蹤。杜克大學人類與自主實驗室高級研究科學家邁克爾·克拉曼(Michael Clamann)介紹說：「我們可以藉助無人機來獲得更準確的計數，並能及時了解它們繁衍及獵獲獵物的真實情況。」另外，無人機還可用於耕作。克拉曼繼續說道：「由於無人機可以拍攝到解析度較高的照片，所以可以幫助農民了解農作物的生長情況是否理想，有無蟲害，或是否存在其它問題等。」有了無人機，農作物的產量和品質都將得到大幅度地提升，不僅如此，農民還可從高空迅速有效地觀察到農作物的生長情況。此外，亞馬遜等零售商也對無人機產生了濃厚的興趣，他們希望能建立一支無人機快遞隊伍，以超越聯邦快遞(FedEx)或聯合包裹服務公司(UPS)的速度，更快速地將包裹送到客戶手中。對於熱衷於高科技的金融家們來說，自然抵擋不住無人機的誘惑。Business Insider報道稱，2015年風險投資家用於創辦無人機相關企業的注資超過4.5億美元，這一投資額是2014年的四倍。目前無人機總收入已破80億美元，BI Intelligence預計，到2021年該收入將達到120億美元。此外，在娛樂、新聞及工業操作領域，無人機的使用同樣如魚得水。無人機能完成人類無法完成或不適合完成的任務，這幾乎使所有行業都獲得了一個新的選擇。美國出台的商用無人機操作條例代表了該領域的新發展。儘管兩年前聯邦航空管理局依然禁止將無人機用於商業領域，但有幾家好萊塢影視公司在2014年獲得了聯邦航空管理局關於這一規定的豁免權，並在某些電影的場景拍攝中已採用無人機替代昂貴的直升機，其中包括《華爾街之狼》與《天幕墜落》。無人機已經在電影製作解決方案中被廣泛使用。2014年，吉福德·胡珀(Gifford Hooper)和菲利普·喬治(Phillip George)因其聯合發明的Helicam微型搖距升降攝錄機榮獲奧斯卡最佳技術成就獎。不僅如此，他們合營的Hovercam公司也因其發明的Helicam，已為數百部電影、廣告、電視節目和企業製作內容拍攝了大量的空中場景。像通用電氣(GE)這樣的跨國公司使用無人機後，能夠讓質檢人員以一種更加安全的方式來管理大型機械零部件。通用電氣工程師經過設定無人機的程序，使其圍繞風力渦輪機和廢氣燃燒煙道等障礙物盤旋飛行，然後藉助專用攝像頭探測到腐蝕點或其他受損點。另外，無人機拍攝到的圖像還可製作成3-D列印模型。目前通用電氣正在開發自主機器人機群，從而代替人力處理單調、髒亂或危險的工作。新聞機構也利用無人機來採集新聞。2016年5月，《紐約時報》發布了一篇有關哈特島(Hart)的報道，哈特島是布朗克斯區(Bronx)附近的一處與世隔絕的貧民墓地。在過去的147年間，這座城市共埋葬了一百多萬具屍體。《紐約時報》申請對此事進行報道，卻遭到紐約市官員的拒絕，於是報社利用無人機從上空拍攝雷克斯島(Rikers)，並捕捉到囚犯挖掘棄屍墳墓的場景。《紐約時報》報道稱，哈特島最終成為了那些被社會體制所淘汰的貧民們靈魂的歸屬地。無人機經過短時間的發展便迅速對各行各業產生了極大的影響。下面將重點為大家介紹一些不熟知的智能互連無人機，以及應用無人機來改善民生及挽救生命的項目。

機器人救援當衝天的火光燃燒到足以融化金屬的溫度時，局部的參照物也已經化為灰燼，消防員很難準確判斷自身的位置與前進的方向。第一響應者——一線消防隊員將義無反顧地沖入熊熊燃燒的大樓或肆虐的林火中，他們根本不了解火災的大小或範圍，也不知道大概有多少人困在其中。無人機可以改變這個現狀。採用恩智浦半導體等公司製造的高科技通信處理器，為無人機創建無線網狀網路。有了這一網路，單人也足以控制整個無人機群，還能幫助一線消防隊員始終與中央指揮部及同伴保持聯繫，即便在多人同時發聲導致頻道擁堵的時候或通信基礎設施受損的情況下也不例外。伍茲霍爾海洋研究所工程師艾米·庫庫亞(Amy Kukulya)介紹說：「科學家只有越來越深入的了解鯊魚在水底搶佔地盤的原因，才能將更多的數據信息提供給政策制定者和生態環境保護者。」恩智浦半導體公司營銷與通信副總裁約翰·迪克森(John Dixon)介紹說，用於增強無線電效率的通信處理器主要用于軍事行業，而且價格昂貴。但它們能夠在極端條件下實現一定區域內車對車或車對基礎設施的通信。這就意味著第一響應者可以保持無人機與地面車輛或緊急援助者之間的通信，即使與衛星的通信被切斷也不受影響。迪克森還補充說，他的公司正在開發一種新型螺旋槳電機控制處理器，其扭矩足以提起一個人的重量。2005年卡特里娜颶風事件發生以後，密西西比州上空出現了兩駕小型無人機。它們負責在坍塌的建築物中搜尋倖存者。德州農工大學的機器人輔助搜尋和救援中心、應急信息中心主任羅賓·墨菲(Robin Murphy)介紹說，空中搜尋可以極大地提高救援效率。墨菲指出，現場評估對於控制火情、營救受災群眾以及災後重建具有至關重要的意義，而且它對於其它災難亦是如此。無人機可以幫助救災指揮官和消防員識別、處理和掌握大型火災或其他緊急險情中的關鍵因素。

第一響應者應儘可能充分地了解災情，這對於救災很有幫助。墨菲舉說，「救援前，應該儘可能的了解現場是否有人被困，道路是否已被切斷，換條路走是否能更接近現場等關鍵問題。」了解了這些信息，指揮官就能做出更加迅速和準確的響應，從而減少混亂，讓更多的人遠離危險。德克薩斯州奧斯汀消防局機器人緊急部署(RED)團隊一直與當地政府和聯邦政府、業界以及墨菲這樣的學術專家保持合作，共同探討將無人機等機器人用于海陸空實時緊急救援行動的方法，從而確保消防員的人身安全，並且提高緊急響應效率。RED團隊正在練習使用無人機進行森林滅火，並針對洪澇災害、危險品泄露以及其他緊急情況進行實戰演習。與此同時，他們也正在制定有關無人機使用方法、使用時間和使用條件的相關規定，並計劃擬定調度協議。墨菲介紹說，除了能夠準確了解現場情況和獲得可靠的搜救能力以外，無人機的另一大作用就是災後偵察。災後偵察有助於應急管理人員了解當前事故對建築物、道路和其他基礎設施的損壞程度，並明確還有哪些資源需要重建。今年，負責跟蹤和評估氣候事件的國家環境信息中心(National Centers for Environmental Information)報告稱，自1980年以來，美國遭受了196起與天氣和氣候有關的災難，總損失達到或超過10億美元。這些災難事件引起的總開支已超過1.1萬億美元。福特汽車互聯汽車產品開發經理帕特里克·埃利斯(Patrick Ellis)說：「我們的設想是：第一響應者按下按鈕，無人機自動起飛，完成任務後自動著陸，同時向管理者提供數據和信息流。」聯邦航空管理局(FAA)預測，小型無人機系統將在未來幾年內成為航空業最具增長動力的部分。FAA估計，到2020年，將有700萬架小型無人機投入使用，其中270萬架服務於商業領域。其它救援機器人無人機救護車德爾福特理工大學研究生亞歷克·莫蒙特(Alec Momont)設計的無人機救護車可以迅速將除顫器送到心臟病發病者身邊。莫蒙特估計，目前心臟病突發患者的生存率為8%，有了他的無人機救護車，則可以將這個生存率提高到80%。這種無人機的飛行速度超過60英里/小時，內置網路攝像頭，可供患者或患者的陪同人員與醫護人員進行溝通。將來，莫蒙特希望無人機救護車能夠成為空中醫藥箱，可以將氧氣面罩送到火場人員手中，或將胰島素針劑傳遞給糖尿病患者。水上救援洛杉磯縣消防局使用一批遙控救生快艇在南加州海岸線巡邏。每一艘救生快艇都相當於一名救生機器人。快艇叫做「緊急情況綜合救生繩索」，簡稱「艾米麗」。這款無人快艇由亞利桑那州薩瓦里塔(Sahuarita)的Hydronalix公司開發，長4英尺，重25磅，可用於搜救和復原工作。無人快艇通過內置的微型電泵用來發電，時速可達22英里。不僅可衝破30英尺高的海浪，還能抵禦激流。如有游泳者被困，艾米麗能夠飛馳到被困者身邊，開啟漂浮設備的功能將其托舉在水面，直到營救人員抵達。艾米麗可以從直升機或橋面拋至水面，在洪水、颶風或其他海上災難中提供援助。它還配備攝像機、夜間救援燈以及雙向通信功能。排雷無人機聯合國估計，在七十個國家的前戰區仍埋有多達1.1億枚有效地雷。這種隱形殺手每年導致15000至20000人喪生，並使更多人致殘。位於荷蘭艾恩德霍芬(Eindhoven)的Hassani設計公司研製了用於探測和銷毀地雷的低價Kafon排雷無人機(MKD)。MKD目前仍處於原型設計階段，它配備六隻轉子和可互換的機器人延伸臂，可載入高解析度攝像頭與金屬探測器，還能抓取雷管。無人機的工作分為三個階段：測繪雷區，探測地雷和摧毀地雷。首先，無人機攜帶空中3D測繪系統飛躍雷區。接下來，無人機盤旋於雷區上空，並使用機器人金屬探測臂在地圖上標記地雷點。每個被探測出的地雷都會做上標記，成為待引爆對象。最後，夾持臂將小型定時雷管投至暴露的地雷頂部。MKD飛到安全區後，雷管就會爆除地雷。該公司稱，無人機的排雷速度比傳統排雷方式快20倍，成本降低了200倍。生態無人機拯救地球無人機在科研領域也得到了應用。有了無人機，研究人員可以在統一的平台上使用多種儀器，為更加深入地研究課題提供了可能。伍茲霍爾海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)海洋車輛操作工程師艾米·庫庫亞(Amy Kukulya)介紹說：「現在，我們能夠充分發揮這一『軍事設備』的功能，為科學家所用。」多數無人機都可配置數碼相機，這樣研究人員就能夠從上空，更近距離地觀察到需要研究的區域，比如說，從蘇門答臘與婆羅洲樹冠上觀察猩猩的棲息場所。這些無人機還能藉助相應的軟體生成高解析度的照片和視頻，並配備地理參數，以便導入圖像識別軟體，從而提高人口計數的準確度。生態環境保護者還在水中部署了無人機。十多年前，伍茲霍爾海洋研究所就已經開始使用自主水下航行器收集水生動物的生活習性資料。近期，該研究所又在收集有關大白鯊的資料。(大家或許在「探索頻道」的《鯊魚周》(Shark Week)節目中看到過無人機的身影。)大白鯊是一種肉食動物，它的生活習性一直以來鮮為人知。庫庫亞和她的團隊為了對大白鯊的習性展開追蹤研究，用無人機對大白鯊進行跟蹤。2012年，庫庫亞和她的同事——首席工程師羅傑·斯托克(Roger Stokey)使用一種名為Remus鯊魚攝影機(Remus SharkCam)的自主水下航行器在科德角(Cape Cod)附近對大白鯊進行了跟蹤拍攝。她解釋說：「人們利用這些水下無人操控設備，可以對大型海洋生物進行三維追蹤。設備提供的畫面為人類，尤其是科學家和創新者，展示了更加廣闊的水下世界。」科學家在每條鯊魚身上安裝了一隻應答器標籤。通過定位和追蹤這隻標籤，REMUS鯊魚攝影機(Remus SharkCam)能夠在安全距離內展開工作，以免對鯊魚的習性造成影響。在水下，Remus鯊魚攝影機具有和海豚或黃鰭金槍魚相似的的魚雷外形，長度有六英尺多一點，重一百磅。它能夠精準跟蹤附標大白鯊，在不驚動鯊魚的前提下儘可能接近它們，細緻觀察鯊魚的海底活動，並從中收集有關其習性的大量科學數據。庫庫亞指出，在Remus問世之前，鯊魚研究專家只能根據水面上的觀察結果對鯊魚的習性進行假設。比如它們如何進食、如何交配以及如何與環境相互作用。她強調說：「通過Remus鯊魚攝影機，我們第一次近距離直接觀察到鯊魚的個體行為。科學家只有越來越多的了解鯊魚在水底搶佔地盤的情況，才能能將更多的有效信息提供給決策者和生態環境保護者。」2013年，當Remus鯊魚攝影機首次前往墨西哥瓜達盧佩島時，就遭到幾隻大白鯊的攻擊。幸虧當時在水下活動的是機器而不是人，否則後果不堪設想。儘管Remus遭到了撞擊和撕咬，但它仍在不斷地搜集信息，並通過安裝在四周的六隻攝像頭拍攝到了鯊魚攻擊時的畫面。這段錄像讓我們對鯊魚的捕獵技巧有了更新、更詳細的認識。綠洲外的機器人監控極冰融化在北極，無人機對研究氣候變化作出了重大貢獻。它們可以前往冰層以下，達到破冰船和載人飛機無法涉足的地方。伍茲霍爾海洋學研究所的科學家正在使用改進後的Remus對阿拉斯加州巴羅(Barrow)附近的極地冰川進行監控。庫庫亞稱，極冰監控的難度在於需要使用強大的遠程自主監控設備，同時確保設備必須能夠在冰下遊動並自動返回。植樹位於英國牛津的BioCarbon工程公司設計出一種空中無人機原型，這種無人機可以快速高效地植樹。首先，人們需要針對某個過度砍伐區製作高解析度的三維地圖。之後無人機根據地圖用微型炮將種莢發射至精確位置。種莢採用生物可降解材料，內部包含了發芽種子和營養物質。擊中土壤後會立刻破裂，裡面的種子落地生根。目前這種方法尚在試驗階段。BioCarbon公司希望利用這種技術每年種植10億棵樹。讓地球遠離飢餓如今，我們生活的地球上還有不少人在飢餓中煎熬。聯合國糧食及農業組織預計，到2050年地球人口將增至91億。據估計，目前仍有九分之一的人口長期處於營養不良的狀態。隨著新興經濟體的居民飲食逐漸向高糖、高動物脂肪和高蛋白質的形式轉變，緩解全球飢餓問題的壓力進一步加大，澳大利亞農業發展非營利組織克勞福德基金會(Crawford Fund)指出，這種營養社區模式的轉變，需要消耗比現在多100倍的資源，才能從家畜而不是穀物中獲得足夠的熱量和蛋白質。那麼2050年，人類的食物供求情況會怎樣呢?聯合國糧農組織指出，到那時人類需要的食物將比現在多70%。這就需要我們的耕地擴大5%，這意味著達到7000萬公頃土地，額外增加10億噸穀物、2億噸肉類和近11%的淡水。而所有這些必要的資源都將變得更加緊缺。我們似乎需要提高現有農田的生產力，才能滿足將來的食物需求。農業無人機的時代已到來。它們可以拍攝高解析度照片，以確認作物是否有蟲害，跟蹤作物庫存，並對土壤進行分析。所有這些工作通常都是由人類在田間完成的。杜克大學的克拉曼(Clamann)說，使用自主無人機能夠更快速、更準確地完成這些工作。是否使用智能飛行器可能會決定是歉收還是豐收。無人機還有助於對抗農場中牛群和其他牲畜的各種常見疾病，增加世界糧食供應，挽救飢餓人口的生命。例如，西班牙無人機開發商Embention正在與國際原子能機構、衣索比亞畜牧部和糧農組織聯合對抗錐蟲病。錐蟲病是一種寄生蟲病，通常被稱為「昏睡病」，通過采采蠅傳播。它會影響人類和牲畜的身體狀況，導致國家食物供應瀕臨險境。若不加以治療，這種疾病甚至會危及生命。一個名為「抗蠅無人機」(Drones Against Tsetse)的項目正在測試一種全自主式無人機系統，在每平方公里感染區內釋放100隻經過絕育處理的雄性采采蠅。無人機的每片機翼都設有多個腔體，用於放置裝滿了采采蠅的生物可降解盒。這些采采蠅被放逐後會與本地采采蠅交配，但由於從無人機中飛出來的采采蠅經過絕育處理，所以這種交配不會衍生出後代。雌雄采采蠅將逐漸死亡，絕無後代，這樣最終能減少採采蠅的總體數量。通常情況下，要徹底清除衣索比亞地區的采采蠅，必須部署多支機隊，將一盒盒雄性采采蠅手動投擲到感染區。但是有了無人機，就不需要有經驗的飛行員參與，從而以更低的成本和更高的效率完成這項工作。其他農業無人機DroneDeploy由舊金山新興公司DroneDeploy開發的一款軟體，可以讓任何人來操作小型無人機，並使用計算機或智能手機分析採集到的映射圖像。該公司專註於農業、建築、檢驗和保險等行業。用戶只需要動動指尖，就可以按照自動路線放飛任何一款已面市的無人機，獲取空中拍攝到的圖片和三維現場模型。這項技術可以幫助用戶了解哪些作物的生長出現了問題、預估產量並保存精準的數據以備後期進行對比。SenseFly推出eBee小型SenseFly eBee無人機專為避免農作物偵查中的人為失誤而研製。這種固定翼無人機可幫助農民擴大農田偵查範圍，提高偵查速度，同時採集近紅外波段數據對作物的生長狀況進行評估。eBee實現了完全自主操作，即拋即飛，採集圖像，完畢後自行著陸。這款無人機在飛行過程中可迅速生成作物映射圖，識別問題區域，定製農業應用圖，創建從「無人機到拖拉機」的農作物處理流程。所有這些工作，都可以在一天完成。災難響應2011年3月11日，日本福島第一核電站遭遇嚴重地震和海嘯，導致反應堆熔毀、放射性材料泄漏。考慮到放射性沉降物的影響，約15萬人被迫從該地區撤離。《福布斯》雜誌稱，核電站清理工作將耗時20年，耗資150億美元，難民賠償總額超過600億美元。然而，這只是核電站泄露帶來的部分影響。能源經濟研究所(Institute of Energy Economics)指出，日本已經花費了2000多億美元才完成從核能發電向化石燃料發電的轉型。此外，地震和海嘯帶來的集中重建工作也需要大量資金。日本重建局稱，災後五年的重建成本將超過2500億美元。提高速度是降低災後重建成本的關鍵。2015年，德州農工大學的墨菲(Murphy)在TEDWomen上發表了一次有關如何使用救援機器人進行災難響應的演講。她告訴觀眾：「，如果我們能把第一響應提前一天，就可以將整個恢復期縮短1000天，也就是三年。」這個數據對於降低自然災害或人為災害帶來的損失具有非比尋常的意義。無人機可以幫助我們實現這個目標。墨菲在她的演講中說：「機器人可以讓災難更快地過去。」墨菲指出，2011年的日本海嘯摧毀了400英裏海岸線，是卡特里娜颶風的兩倍。海嘯讓橋樑、管道和港口都毀於一旦。墨菲在TEDWomen上說：「沒有港口，就無法獲得足夠的救濟用品來援助災民。」專家們認為，港口一旦癱瘓，通常需要等待六個月才能有潛水員抵達現場，還需要額外兩周清理殘片，港口才能恢復正常。但墨菲和她的同事們使用海上無人機在短短四個小時內就讓一座繁忙的漁港恢復了運營。顯然，響應遲緩，會對後續的復原工作造成阻礙。墨菲指出，無人機還用於災後重建工作。「無人機對於建築工程師而言具有十分重要的作用。在地面上用雙目鏡所無法觀察到的角度，都能在無人機下現形。此外，無人機還能拍攝到衛星圖像，並發現更高飛行物。」賑災無人機將發揮越來越重要的作用。2016年，大疆創新科技有限公司(DJI)與福特汽車公司、聯合國攜手舉辦了第三屆年度DJI開發者大賽。福特汽車聯網車輛產品開發經理帕特里克埃利斯(Patrick Ellis)介紹說，參加比賽的程序員要使用DJI軟體開發套件製作一種應用軟體，實現無人機從移動車輛上自動起飛，在特定區域內搜尋災難倖存者，然後返回指定基地的操作。他說，「我們的設想是：第一響應者按下按鈕，無人機自動起飛，完成任務後自動著陸，同時向管理者提供數據和信息流。」儘管無人機用於救災已有幾年的時間，但從移動車輛中自動起飛並不常見。有了這種技術，救援人員可以在洪水、火災或地震中進行移動巡邏作業。參加比賽的團隊必須開發出新的通信軟體，確保在發射與著陸時無人機與車輛之間的無縫對接。他們可以通過福特SYNC AppLink或OpenXC平台訪問車輛數據。獲勝者將贏得十萬美元獎金。埃利斯說，這種技術可以用於農業、建築業以及其他戶外行業。進入難以涉足之地無人機可以攻克複雜地形、飛越受阻道路，因此常常被派往地勢複雜和難以涉足之地發放急救醫療用品。2015年4月，尼泊爾遭遇7.8級地震，無數家園被夷為平地，數千人因此喪生。尼泊爾政府迅速對此次災難造成的損失進行了評估，並對倖存者進行援救。尼泊爾還收到了國際援助提供的醫療設備、塑料板、食品和飲用水。加拿大救援隊在此次行動中使用了無人機。多倫多人道主義組織GlobalMedic提供了一支由三架無人機組成的機隊，採用先進的車載攝像機勘察區域情況，以便救援人員能更快地找到倖存者。無人機拍攝到的圖像還能夠幫助救援人員了解到哪些街道和建築物已被摧毀，為護衛隊提供導航。美國宇航局(NASA)全球鷹無人機(Global Hawk UAV)正用於幫助科學家更好地預測颶風登陸地點與強度。全球鷹無人機最初由諾斯羅普·格魯曼(Northrop Grumman)為美國空軍研製，能夠適應高空、遠程和長時間飛行，因而被美國宇航局收入囊中。颶風高度最多不會超過55000英尺，而全球鷹無人機的飛行高度在60,000英尺以上，因而能夠幫助科學家收集高空中的風暴數據。該無人機可連續飛行28小時，航行11000海里。每架無人機均配備相關儀器，用於收集雲層結構、溫度、風速、水蒸汽以及與熱帶風暴有關的其它數據。