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苏黎世联邦理工大学

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苏黎世联邦理工大学等发明纳米级无人机,才29克!

  苏黎世联邦理工学院和博洛尼亚大学的研究人员发明了一个名为PULP Dronet的纳米级无人机,该无人机仅重27g,据称是目前重量最轻的无人机。

  自然界中微小的昆虫等飞行生物能够完成非常复杂的任务,同时在感知环境和思考时只消耗很少的能量,研究人员从这些昆虫身上汲取灵感,并利用节能计算技术,研发出这款微型无人机。为了复制在昆虫身上所观察到的节能机制,研究人员最初致力于将高端人工智能集成到纳米无人机的超微小包络功率中,事实证明,这项研究非常具有挑战性,因为它们必须满足其能量限制和严格的实时计算要求。研究人员的主要目标是以非常小的功率实现非常高的性能。

  据悉,该无人机的视觉导航引擎由硬件和软件组成,前者的优势体现在并行的超低功耗模式上,由DroNet卷积神经网络(CNN)所体现。其导航系统采用一个摄像头框架,并用最先进的CNN对其进行处理;随后,由它决定如何纠正无人机的姿态,并使其处于当前场景的中心,同样的CNN也识别出了障碍,如果无人机感觉到迫在眉睫的威胁,就停止它。


  该无人机搭载先进的深度学习算法,可以在一个端到端的闭环视觉管道上运行。其可以沿着一条街道(或类似的道路,例如走廊)行驶,并在遇到意外障碍时避免碰撞和及时刹车,与以前的口袋飞行机器人相比,该无人机系统实现自主导航所需的所有操作都是直接在机身上执行的,不需要操作人员,也不需要特别的基础设施(比如外部摄像机或信号),甚至不需要任何用于计算的远程基站(比如远程笔记本电脑)。

  在一系列的野外试验中,研究人员证明了该无人机系统具有高度的响应性,能够防止与飞行速度为1.5m/s的意外动态障碍物发生碰撞,同时,其视觉导航引擎能够在113m的新路径上实现完全自主的室内导航。

  该微型无人机应用广泛,适用于老人/儿童援助、检查农作物和葡萄园、探索危险区域、救援任务等。例如,一大群PULP无人机可以帮助检查地震后倒塌的建筑物,在更短的时间内到达救援人员无法到达的地方,保障了人类的安全。

  研究人员公开发布了所有的代码、数据集和训练网络,其他研究团队可以基于他们的技术开发出类似的系统。研究人员表示,目前的研究仅仅是实现真正的“生物水平”机载智能的步,未来还有几个挑战需要克服,他们将通过提高机载导航引擎的可靠性和智能性来解决其中的一些挑战,并且瞄准新的传感器、让无人机有更先进的功能和更好的性能等。他们的最终目标是做一个皮米级的飞行机器人(几克重、蜻蜓大小),并建立一个以他们的愿景为基础的强大而坚实的研究人员和爱好者社区,是实现这一目标的根本。

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