現(xiàn)代無(wú)人機(jī)：滿身都是傳感器的小怪獸

隨著智能化、自動(dòng)化發(fā)展，無(wú)人機(jī)在現(xiàn)代得到越來(lái)越多的關(guān)注，而應(yīng)用至無(wú)人機(jī)上的相關(guān)技術(shù)也成為人們討論的熱點(diǎn)。

為了能更好地控制無(wú)人機(jī)的飛行，各種傳感器的運(yùn)用對(duì)其飛行能力起到了十分關(guān)鍵的作用。大多數(shù)人將無(wú)人機(jī)稱為一架會(huì)飛行的“傳感器”。據(jù)半導(dǎo)體應(yīng)用網(wǎng)了解，無(wú)人機(jī)的慣性測(cè)量單元(IMU)、氣壓傳感器、地磁傳感器、應(yīng)用特定型傳感器節(jié)點(diǎn)(ASSN)和傳感器數(shù)據(jù)融合的精度等等對(duì)其飛行性能有著直接且實(shí)質(zhì)的影響。

在持續(xù)提升無(wú)人機(jī)飛行性能的道路上，研究人員們開(kāi)發(fā)了各種各樣的新型傳感器。

受到貓科類動(dòng)物的啟發(fā)，其胡須可以通過(guò)偵測(cè)氣流的變化起到導(dǎo)航作用，上個(gè)月在ICRA，來(lái)自澳大利亞布里斯班昆士蘭大學(xué)的Pauline Pounds研究出了一款應(yīng)用于無(wú)人機(jī)的胡須——新型晶須傳感系統(tǒng)。

這樣一款微小、便宜而又靈敏的傳感器系統(tǒng)能夠感知環(huán)境，以便無(wú)人機(jī)能夠機(jī)動(dòng)地避免諸如湍流的危險(xiǎn)，研究人員的目標(biāo)是在黑暗、塵土飛揚(yáng)或煙霧彌漫的空間中使得微型飛行器能夠安全的飛行。

據(jù)了解，晶須陣列非常敏感，實(shí)際上它可以檢測(cè)到低至3.33微牛頓的力，這使得研究人員不得不在實(shí)驗(yàn)室屏住呼吸，因?yàn)橐坏┖粑杂杏昧蜁?huì)在測(cè)量時(shí)嚴(yán)重地干擾到晶須陣列的測(cè)量。

不過(guò)，正是這種靈敏度使得晶須陣列能夠探測(cè)到物體在移動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的空氣流，雖然不能立即使無(wú)人機(jī)實(shí)際停止，但可以及時(shí)采取其他措施保護(hù)無(wú)人機(jī)自身，比如切斷電機(jī)的動(dòng)力。此外，晶須也可用于測(cè)量流體流量(代表通過(guò)空氣的速度)，當(dāng)然，在低速時(shí)它們也可用作接觸傳感器。

根據(jù)介紹得知，整個(gè)晶須陣列的制作也比較簡(jiǎn)單，將一團(tuán)ABS塑料加熱后拉成像太妃糖一樣的細(xì)長(zhǎng)纖維。每個(gè)晶須底部的ABS斑點(diǎn)粘在3D打印的負(fù)載板上，負(fù)載板又連接到三角形排列的力墊(實(shí)際封裝的MEMS氣壓計(jì))。四晶須陣列的材料成本約為20美元，重量?jī)H為1.5克。除了無(wú)人機(jī)以外，在黑暗、多塵或煙霧環(huán)境中運(yùn)行的小型機(jī)器人也可以利用這些傳感器，能夠有效避免使用昂貴的相機(jī)和激光雷達(dá)系統(tǒng)。

不僅是貓科類動(dòng)物，近日外媒報(bào)道，普渡大學(xué)(Purdue)研究人員通過(guò)蜘蛛、蝙蝠、鳥(niǎo)類和其他動(dòng)物的傳感器得到了一些靈感，來(lái)幫助提高自動(dòng)駕駛汽車和無(wú)人機(jī)的能力，使它們擁有更好的傳感能力，可以更快地處理感官信息，更好地檢測(cè)與避開(kāi)物體，提供更有效、更靈敏的危險(xiǎn)避免系統(tǒng)。

研究人員解釋說(shuō)，蜘蛛、蝙蝠或鳥(niǎo)類本身的傳感器非?？?，它們之所以能夠如此快速地處理數(shù)據(jù)，原因之一是這些動(dòng)物并不需要處理所有的數(shù)據(jù)，它們只需響應(yīng)威脅安全的信息并做出反應(yīng)。據(jù)稱，研究人員開(kāi)發(fā)的新傳感器就是由生物的神經(jīng)末梢與稱為機(jī)械感受器的特殊神經(jīng)元相關(guān)聯(lián)。研究人員希望它能以類似的方式反應(yīng)，將傳感器集成到自動(dòng)機(jī)器的外殼中，比如機(jī)翼或車身，選擇性地處理信息，減少信息處理量并提高處理速度。

據(jù)介紹，新型傳感器材料被設(shè)計(jì)成在外力作用下快速改變形狀。形狀的改變使材料內(nèi)部的導(dǎo)電粒子相互靠近，從而使電流通過(guò)傳感器并攜帶信號(hào)。研究人員說(shuō)：“借助機(jī)器學(xué)習(xí)算法，我們可以以最小的能耗訓(xùn)練這些傳感器來(lái)自主工作，制造各種尺寸的傳感器也是沒(méi)有障礙。”

無(wú)人機(jī)傳感器市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)，根據(jù)此前IHS Markit的數(shù)據(jù)顯示，無(wú)人機(jī)和玩具直升機(jī)中MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器(即加速度計(jì)、陀螺儀、IMU和壓力傳感器)的市場(chǎng)至2021年預(yù)計(jì)將達(dá)到約7000萬(wàn)臺(tái)，而其2018至2021復(fù)合年增長(zhǎng)率可達(dá)到17%。

無(wú)人機(jī)的順利運(yùn)行并非傳感器獨(dú)立決定，其他的硬件、軟件設(shè)施對(duì)無(wú)人機(jī)的最終質(zhì)量也起到很大作用。只有將傳感器合理化運(yùn)用至無(wú)人機(jī)上，方能保證無(wú)人機(jī)的安全性、可靠性等，以及推動(dòng)無(wú)人機(jī)的發(fā)展。