山洞迷路?救你的可能是无人机:无 GPS、通信环境下也能定位

2021/4/29 6:48:43 来源:智东西 作者:熊大宝 责编:远洋

近日,美国无人机公司 Exyn Technologies(下称 Exyn)将其无人机升级至 4A 级自主级别,操作员只需为无人机定义一个地理空间范围,无人机便可以从起飞到着陆有条不紊地探索整个空间,并自动生成高分辨率激光雷达地图。

Exyn 是宾夕法尼亚大学 GRASP 实验室的衍生公司,一直在开发用于检查矿井等大型非结构化空间的无人机。大型非结构化空间下,GPS 通常无法定位,空间中尘土飞扬且十分危险,对人类工作来讲极具挑战性。

此次 4A 级迭代,使得该公司无人机进入高度自主化阶段,未来将继续向完全自主化迈进。

一、Exyn 无人机商用:高效、安全探索矿洞等大型复杂空间

Exyn 的无人机共分 8 个自主级别,无人机逐渐从非自动化向初高级自动化,到全自动化迭代。

Exyn 无人机在 4A 级版本之前,遇到障碍物时仅能感知和回避,且无法在 GPS 信号外运行,操作员需协助无人机完成任务。

4A 自主级别的无人机携带灯、GoPro 运动相机、巨大算力、巨大电池和旋转的 Velodyne 激光雷达,可以在没有 GPS、基站、通信的情况下,对未知环境进行自主感知和导航,探索完后自主返回着陆。

▲Exyn 无人机自主级别

2019 年 2 月,Exyn 介绍了其无人机的商用性。

在自主导航系统下,无人机可以在没有 GPS 的环境下收集数据,用户地下矿井的测绘和检查。对于采矿作业来说,必须对地下溶洞进行不断的分析,以确定钻爆演练的成功率,工作内容极其危险。

▲Exyn 团队

Exyn 的无人机能够自主制作出信息丰富的 3D 地图,极大地改善矿井的日常运营和安全。在 4A 级自主级别下,无人级还可以在不依赖人工控制的情况下独自做到这些。

本月,Exyn 还在加拿大勘探与开发者协会(PDAC)2021 年会议上展示了与瑞典采矿公司山特维克(Sandvik)联合开发的自动化采矿技术。

Exyn CEO 纳德雷姆(NaderElm)说道:“通过提供世界一流的软件和技术,我们使客户能够在以前无法到达的地下区域进行勘测。”

二、Exyn 无人机技术:比自动驾驶、地面机器人难度更高

Exyn 的创始人维杰库・马尔(Vijay Kumar)曾说道:“能够指示无人机飞行的 AI 开发比起自动驾驶汽车或者是地面机器人的 AI 开发来说更复杂。”

“因为无人机所处的世界是三维的,不仅仅需要遵守交通规则,避开行人和树木,还必须迂回地避各种地面不存在的障碍物,如鸟类和其他飞行器。此外,无人机网络连接还时常掉线。”

▲Exyn 无人机

马尔还说道:“自动驾驶汽车则可以拉着大电池行走,而无人机荷载量小,对电池性能要求更高。”

当前,Exyn 的无人机可以高达 2 米 / 秒的速度飞行,一次飞行可以探索 1600 万立方米,大约 9 个足球场的体积。如果希望它探索更大的区域,可以更换电池后再次运行。

Exyn 首席技术官杰森・德瑞克(Jason Derenick)表示,“当我们进行探索时,我们要做的是找到可见空间和探索空间以及未知空间之间的边界。然后,我们计算候选视点,推断传感器可以获得多少潜在信息,然后系统选择一个有机会看到尽可能多环境的视点。”

▲Exyn 无人机飞行模拟视频

德瑞克称,Exyn 的无人机在自动化商业领域的应用版图已非常清楚了,但他们最感兴趣的还是潜在的搜索和救援用途,特别是当无人机群协同工作时。“想象一下,当你需要在山洞找一个迷路的人,你就可以在入口放一堆无人机,告诉它们去里面探索,直到找到一个人。”

在“无人机视角”下,人相当于一个动态障碍物。让无人机寻找一个人,则需要让无人机了解动态障碍物如何移动。

自动驾驶汽车目前已能做到识别行人从而安全避开,对于一个有着严重尺寸和动力限制的无人机来说,做到这一点更有难度。

德瑞克还表示,要做到这一点还需要在当前的无人机系统中增加一个额外的理解层级,让无人机理解要寻找的对象是什么,从而进行推演。这也是 Exyn 目前正在做的事。

结语:迭代后的 Exyn 无人机用途更广

在 Exyn 的无人机自主级别图中可以看出,在 4A 高度自主级别之后,无人机还将向着全自动化的第 5 等级迈进。

届时,Exyn 的无人机用途将不仅限于盘点大型仓库货物、矿坑探测、建筑工地安全检查等领域。在无人机群相互协同下,Exyn 无人机将在高度危险或人类难已抵达的区域执行更多工作,发挥更大的作用。

来源:IEEE Spectrum、矿业会议、机器之能、尖兵之翼

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关键词:无人机

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