大學研究無限續航無人機 可在空中無線充電

2023-01-03 13:31:38 最後更新日期:2023-01-03 16:18:46
五郎

評論員,關注戰略問題、軍事歷史、軍事裝備。

無人機外賣 x1以電力驅動的無人機技術已相當成熟,而且結構簡單、無排放、維護方便、操作成本低等優勢,在個人、商業應用以至災害應對等範疇的應用場景越來越廣泛。(網絡圖片)

近年,小型旋翼無人機、固定翼無人機等民用低空飛行器大量普及,除一般較為人熟悉的、用作航拍的消費性產品外,在國內外的商業機構或政府部門,亦已開始廣泛使用無人機在災害預警、智能救援、物流運輸等使用場景中發揮著作用,甚至有科創公司研究使用大型無人機搭載乘客,作為低空立體交通載具。然而,受限於目前化學電池(主要為鋰電池)的功率密度,大多數以電力驅動的無人機續航時間僅在1小時之內,工作效率低,也難以在複雜耗時的任務場景中發揮作用。

為解決此類問題,中國西北工業大學(西工大)光電與智能研究院在「光動無人機」(Optics-driven Drone,ODD)方面展開研究,並於近期取得突破性進展。他們利用智能信息傳輸處理和高能激光等技術,成功實現了對無人機的全天時智能視覺跟瞄和自主遠程「充電」,探索了使無人機能無限續航的技術路線。相關研究成果於12月29日在西北工業大學的微信公眾號上發表。

640 3西北工業大學研究及設計的四軸光動無人機。由著陸支架固定在機身下方的方型面版就是能量接收與轉換裝置,可以接收從地面射出的激光能量,再轉化為電能供飛行控制系統使用。(西工大圖片)

據介紹,西工大的光電與智能研究院李學龍教授團隊開展了「光動無人機」的研究。該項研究使用高能激光對無人機進行遠程供能,並在無人機上搭載特製機載光電轉換模塊,將光能轉換為電能。該研究結合了智能信號傳輸與處理技術,實現了遠程供能的自主化,使無人機具備了無限續航能力,實現了光學工程和人工智能的學科交叉,也為無人機在災害預警、智能救援等「臨地安防」的典型應用場景提供延長續航時間的解決方案。

技術優勢:智能化、自適應和安全性

西工人發表的「光動無人機」技術主要具有三點優勢,分別是智能化、自適應和安全性。

首先,為了穩定精准地跟瞄和預測無人機目標,課題組提出了一種面向複雜變化目標的智能視覺追蹤算法,具備良好的光照、尺度、旋轉自適應性,使視覺追蹤具有更強的環境適應性,實現精准定位無人機的作用。

其次,為了消除大氣的流動與密度變化對激光束的影響,課題組提出了一種自適應光束賦形技術,能夠實現對光束強度分布的自主動態調節,提高長距離激光能量傳輸的有效性和可靠性。

再者,為了確保光束路徑範圍的安全,課題組提出了障礙物判定和激光功率自主調節的方法,能夠根據目標物的反射特徵等判定方法及時發現障礙物,並將激光功率自主調節至安全範圍。

 

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從左至右分別是光動無人機在室內、室外日間及夜間進行實驗的展示。圖中下方呈立方構型的裝置即為智能信息傳輸處理和高能激光發射器模組。(西工大圖片)

 

「光動無人機」作為光學工程與人工智能學科交叉所誕生的產物,擺脫了續航限制,將為無人機行業提供新的發展及應用思路,無人機應用場景將不斷拓展加深。

研究團隊認為,利用此一新技術,無人機可以飛得更高更遠;借助高功率激光束供能,無人機能夠實現超大範圍巡航,其執行任務的自由度與可能性都將極大提升。其次,無人機集群組織更為便利,通過自主的地對空、一對多無線充電,無人機集群協同的優勢和效率將進一步放大。

隨著「光動無人機」技術的成熟,它們將可深度參與社會生產生活和安全保障,如交通管控、治安巡邏、災害救援、物流配送等。

然而,西工大發布的資料中並未有公開詳細的實驗數據,例如試驗中最長的滯空時間、光/電能轉換的效率、有效工作距離、全系統成本等均未有說明。

雖然在理論上,此一新技術可以不斷為空中的無人機充電使其不用著陸更換電池,但不斷滯空飛行同時也會對機上的飛行控制系統、電動馬達等電子設備產生散熱問題,對該些設備的耐久性帶來新的技術挑戰。不過,在一般的商業應用場景,例如物流配送使用的無人機若能一天不間斷飛行12小時運送快遞包裹,其實用價值則基本能滿足商業需求,具有不錯的發展前景。

發佈於 科學新知
By 2023-01-03

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