西湖大學工學院人工智能系趙世鈺實驗室研發(fā)出名為“飛行工具箱”的空中協(xié)同操作系統(tǒng)，使多架旋翼無人機在“疊飛”狀態(tài)下實現(xiàn)高精度協(xié)同作業(yè)，解決了近距離飛行與高精度操作不可兼得的技術(shù)難題。24日，該項成果發(fā)表于《自然》雜志。

據(jù)介紹，“飛行工具箱”由一架工具箱無人機和一架操作無人機組成。操作無人機是擁有可伸展的機械臂的那個“操作手”，工具箱無人機能夠攜帶多種不同類型的末端執(zhí)行工具，如爪子、剪刀等。

“如果將操作無人機視為一名‘主刀醫(yī)生’，工具箱無人機就像是一名將各種手術(shù)工具遞給醫(yī)生的‘護士’，它們能代替人類在難以抵達的區(qū)域進行作業(yè)。”西湖大學特聘研究員趙世鈺說，應用這類操作系統(tǒng)空中作業(yè)機器人最大的難點是在空中實現(xiàn)“疊飛”。

圖為“飛行工具箱”在空中進行對接。（西湖大學供圖）

據(jù)介紹，由于單個空中機器人能攜帶的載荷有限，因此難以單獨完成復雜的空中作業(yè)任務，但當兩架無人機交疊時會產(chǎn)生強烈的“氣流干擾”。實驗顯示，當兩架無人機垂直距離接近至0.6米時，會產(chǎn)生強烈的向下氣流，相當于氣象學上的6級“強風”。因此，這個看似“簡單”的動作，是無人機技術(shù)發(fā)展的一個“卡點”。

研究團隊設計了柔性電磁對接機構(gòu)、氣流擾動估計與補償方法、高精度對接與操作控制技術(shù)三個技術(shù)核心模塊，利用自動“吸附”的電磁智能接口、神經(jīng)網(wǎng)絡算法及視覺智能等技術(shù)大大提升了對接的精準度。研究團隊已實現(xiàn)了雙機、三機協(xié)作，在不少于20次的連續(xù)對接中，“飛行工具箱”的平均誤差為0.80厘米，相較于先前的無機械臂補償?shù)念愃葡到y(tǒng)（精度6-8厘米），精度提升了近一個數(shù)量級。

趙世鈺表示，空中作業(yè)機器人處于低空經(jīng)濟和具身智能兩大領域的交匯處，具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景，“‘飛行工具箱’就像一個‘空中樂高平臺’，通過模塊化、可擴展的設計，無人機將能根據(jù)實際需求，完成更復雜的任務。”（記者朱涵）

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