空中机器人之父Vijay Kumar：机器人未来或取代手机_智能装配资讯

空中机器人之父Vijay Kumar：机器人未来或取代手机

2024-06-17 09:03:22智能装配资讯

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一种不带 GPS，可自主飞行的机器人正在果园里飞行穿梭，采集和分析数据为农民提供必要信息，来提升产量并优化用水。

而上述飞行器发明者，正是被誉为空中机器人之父的宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院院长、美国国家工程院院士Vijay Kumar，他曾当选白宫科技政策办公室机器人项目的研究专员，并获得ASME（美国机械工程协会）机器人奖、IEEE（电气和电子工程师协会）社会杰出服务奖。

同时，他也是世界上第一批研究无人机的科学家之一，相比常见的无人机，Vijay Kumar团队研究的无人机的应用技术范围更为宽泛，其研究成果在农业、救灾、建筑、娱乐等领域有着重大贡献，可以说引领着无人机和AI领域的前进。

随着机器学习技术不断深入的发展，人工智能浪潮正在向我们席卷而来，企业管理者应如何寻找科技与商业运用融合的机遇？3月7日，Vijay Kumar将以《Challenges in Autonomy 自动化挑战》为主题，与学员们跨界分享最前沿的科技趋势，助其构建前瞻性的创新体系。

对仿生学的应用是Vijay Kumare研究中最重要的思想之一，也是很多创新技术诞生的基石。他所创作的飞行器的灵感主要源于三种动物：

一是蜜蜂，通过对蜜蜂的观察，Vijay发现，这种小型飞行生物可以很好地跟环境互动，即使相撞也不会受伤。同时小体型意味着惯性更小，速度更快，受到撞击时也可以很快恢复。但小体型的代价却是搭载的传感器更少，单个飞行器能做的事情也有限。

为了弥补这一缺憾，Vijay Kumare和他的团队发明了飞行器矩阵，即通过一组飞行器来配合完成某项任务，这也是Vijay团队无人机研究中最重要的概念。

二是蚂蚁，为了让一组飞行器更有机地配合，他们通过对切叶蚁亚科的盘腹蚁属（蚂蚁的种类）进行观察，并总结了三个重要的自然生物协同工作的原则：

独立自主，蚁群不受任何“中央命令”的控制，每只蚂蚁都是按照自己的本能做事；

匿名，单只蚂蚁对自己的“邻居”是谁并不清楚，因此无论“邻居”换成谁，都不会对自己的行为造成影响。

受到上述自然规则的启发，Vijay Kumare设计了原理类似的飞行器矩阵。这些无人机的飞行并非由编程设计，而是每个无人机与其它无人机进行交互，探测到彼此，再决定自己该往哪里飞行，场面十分壮观。

无人机扫描周围环境后采用三角测量方法，探测物体并确定自身与物体的相对位置和距离，整合后形成一张地图，使得无人机在自主飞行当中可避开碰撞。

三是老鹰，Vijay Kumar通过模仿老鹰给飞行机器人装上了可以抓取物品的爪子，以 3 米每秒的速度俯冲抓取一块特大号三明治，手臂与爪子完美协调的动作如同鹰隼般优雅与精准。

而通过这三种动物的灵感来源所制造出来的飞行器，Vijay Kumar把它应用到了精准农业领域，以监控农作物达到精细化耕种的效果。他让 “蜂群” 飞向果园，运用热成像传感器为每一株植物搭建精细的模型，最终绘制成地图，根据结果告诉农民，每株植物需要些什么。

当一群小飞行器在果园中穿梭，他们就可以很快速的搭建果园地图，把每棵果树都呈现在地图上。有了这一些数据，就可以准确的告诉果农每棵是需要化肥还是杀虫剂，并能统计每棵果树上的果子数目。

此外，还可以对果树建模，进行三维重建，估算树冠大小、树叶面积等，判断果树是否健康，检测早期的萎黄病，并向果农报告，这使得果树种植更加科学化，最后达到提升 10% 的农业产量，降低水资源用量 25% 的目的。

通过结合仿生学原理，Vijay把研究重点主要放在飞行机器人的四个核心研发问题上：体型、安全、智能、速度。虽然这四点看似简单，但要是一一展开，无疑会让我们正真看到一幅关于无人机的更大的画卷。他的研究成果，就是对这四点最好的诠释：

一，自主小型飞行器。这种飞行器可通过GPS在复杂的三维环境中巡航，能够适用于搜寻工作和精细农作。这种无人机的重量只有20克，通过传感器来规划路线和监控当前环境，传感器包括IMU（Inertial Measurement Unit）、摄像头、激光测距仪、测高仪等。

二，飞行器矩阵。在矩阵中，每台飞行器都是以自主的状态达成目标，在没有中央控制管理系统的情况下，仅根据旁边飞行器的反应而作出调整，进而达到协作的目的。

三，微型生物机器人。这些微型机器人只有10～100微米，由生物传感器和马达制动。他们能够被用于药物探索、微创治疗以及微型装配。同时，他们还可以被应用在生物传感器和生物电路的合成，帮助行成“传感——驱动——通信”的闭环。

四，飞天手机。智能手机是当下最常见的高性能、低成本处理器和传感器集成，用无人机搭载智能手机，相当于拥有了一个给力的CPU/GPU、两个摄像头、一块电池、GPS、Wi-Fi、蓝牙模块、IMU、电信数据接收器，及相应的内存。这无疑给飞行器赋予了更好的性能。

通过上述研究，无人机可以被应用在很多场景，例如可以放进大楼作为报警器，一旦有入侵者，马上报警；在建筑内寻找煤气泄漏，或者把飞行器送进倒塌的楼房或核反应堆，来探测放射强度；室内建模，在陌生的空间内构建实时地图，甚至连一些室内细节都可以反映出来。

然而，在Vijay Kumare看来，自动化浪潮在带来机遇的同时，也会让社会面临一些挑战：

首先，在科技民主化下，即随着各种各样的科学技术的发展和进步，机器人未来能够实现慢慢的变多的工作，这就从另一方面代表着未来会有很多人失去工作。

“比如现在机器人最擅长考试，如果你只是擅长考试的一个机器，那么你的工作四年后就非常有可能拱手让给机器人了。而对我们来说，最好的解决方案就是要不断学习，只有永不停止的学习才能让我们免予受到机器人取代。”他表示。

其次，在不断推动自动化系统过程中，安全性问题逐渐重要，这大多数来源于于信任、机器人系统安全的挑战，比如我们是不是能够信任机器人，机器人能否抵御黑客攻击等等。

最后，Vijay Kumare认为我们正在进入到现实世界与虚拟世界结合的AI时代，未来人工智能的发展会是爆发式的，但是人类以及政府机构对新技术的接受能力却是线性的。

他表示，当无人驾驶的汽车和飞行器开始普遍流行后，除了安全问题，还要进一步探讨政府政策以及对于无人驾驶汽车、无人驾驶无人机的法律监管问题。

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