“蝙蝠”無人機聽音辨位，能靠回聲參與搜救，廉價麥克風和蜂鳴器就可搞定
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像蝙蝠一樣的無人機，你見過么？現在，它已被實現出來了。等等……這跟蝙蝠有什么關系？事實上，該無人機原理來自蝙蝠，即：在黑暗中靠回聲定位進行飛行。據研究者介紹，他們只靠廉價音頻設備，實現無人機的實時定位與地圖構建。因其體積小，所用材料廉價，在陌生環境探索、搜索救援迷路者等領域，有廣泛應用。目前，該成果剛被IEEE Robotics and Automation Letters收錄。Reddit上，相關帖子點贊破千。有網友調侃道——這項目肯定是蝙蝠俠本人布魯斯韋恩投的。也有網友擔憂——此類低成本、易實現的產品也可用來追捕人類，造成更多傷害。它到底如何實現的？繼續往下看。實現無人機“聽音辨位”在過去，傳統無人機執行障礙物檢測、定位和地圖構建等任務中，所使用的往往是攝像頭、激光雷達等傳感器——但是，這些設備對于更小體積的無人機來說，根本帶不動。此番，研究團隊參考了蝙蝠發出超聲波并根據回聲定位的方式，依靠聲音的發射與接收，實現對空間的感知。更直白地說，讓無人機“喊出來”，再根據“回聲”來辨別周邊環境狀況。數據處理方面，鑒于目前主動回聲定位算法并不發達，團隊依靠一套基于干涉回聲定位算法的端到端的pipeline。其中包含了一個實時定位與地圖構建框架，并集成了粒子濾波和因子圖推斷。不同顏色描繪兩個麥克風在不同位置接收的聲波，這些信號通過校準、周期估計、粒子濾波得到因子圖，再進行相應方位和角度的估計。為實現上述思路，研究團隊將四個麥克風和蜂鳴器安裝在一種易于開發的小型無人機Crazyflie上面。通過無人機收集數據，然后，靠藍牙傳輸到地面端設備，再進行相應的處理。如此一來，分析過程可小于75ms。到了實驗環節，研究者先讓無人機逐漸靠近墻壁，該過程保持高度不變，獲得各距離下，聲波干涉情況，并將之與理論估計值對比。結果顯示兩者較為貼合。而后，他們對性能（精度）進行了測量。結果發現——當無人機距離墻面40cm以內，其測量值可靠，其最大誤差在2cm以下。當距離進一步縮小到30cm，角度估計數值也變得更可靠，最大誤差小于20度。更進一步，研究團隊將麥克風數量改變，測試其表現。結果發現，隨著麥克風數量變少，無人機偵測性能在下降，但有意思的是，即便只有一個麥克風（下方深色線），其性能表現依然較為滿意。至于無人機在運動過程中，識別障礙精度如何？研究團隊也進行了實驗。即便在運動過程中，無人機距墻體8厘米時，也能表現出不錯精度。不過在角度測定上表現平平，團隊認為，他們的算法在角度估計方面對噪聲更為敏感。盡管目前，該方案只能在半米遠地方，進行2cm精度的偵測，對比成熟方案仍有差距，但從落地角度看，其成本低、重量輕，體積小特點意味著，該成果在很多場景仍是可靠的替代方案。科研團隊表示，接下來，他們還將提高其準確性，并看看能否消除系統生成聲音的需要，不用“喊出聲”。吉林龍航無人機科技服務有限公司，成立于2016年2月，是吉林省唯一AOPA無人機考試中心，歷經七年的發展，現已成為無人機培訓行業的領軍企業，共擁有超過100萬平米的專用無人機飛行空域、2000平米無人機實訓教室、支持百人同時進行外場實操飛行訓練，超過100架的各類型無人機，可滿足各行業的無人機培訓及應用需求。