港大脈衝星無人機可自主導航
原文刊於信報財經新聞「StartupBeat創科鬥室」
無人機應用範疇廣泛,適用於搜索救援、洞穴勘察,以至建築繪製等領域。香港大學工程學院以自旋運動為研究核心,最新設計一款無人機「脈衝星」(PULSAR),利用動力飛行而不需要驅動雷達傳感。機身更具備感知及建圖等多種功能,恍如科幻電影《普羅米修斯》中,人類利用自旋探測器實時構建洞穴三維地圖的場景。
港大工程學院機械工程系助理教授張富領導的團隊表示,「脈衝星」螺旋槳直徑為37.6厘米,配備微型機載電腦和激光雷達,因其自旋運動及激光雷達光束的掃描模式,與天文學上的脈衝星在直覺上十分相似而命名。這款無人機實現完全自主的感知、建圖、規劃和控制,無論在室內、室外環境,都毋須外部設備輔助;研究成果發表在科學期刊Science Robotics。
夜間野外迎風飛行
團隊以「脈衝星」無人機在環境探索及多方向動態避障等進行實驗,顯示它不依賴任何外部設備輔助下,可在未知環境自主導航,實時探測環境中的靜態、動態障礙物;「脈衝星」可在夜間全自動導航,其航行性能不受光照條件影響。此外,在最大風速每秒4.5米的干擾下,仍能維持其懸停位置於小範圍內,在野外環境表現更安全及穩定。
傳感器亦可通過其固有自旋運動,以拓展「脈衝星」的視場大小,提升無人機的感知力及任務效率。拓展傳感器視場主要有兩種方法,其一是採用大視場傳感器,例如魚眼相機、自反射相機或360度激光雷達,缺點是顯著變形、分辨率較低等。其二是同時使用多個傳感器,例如多相機系統或多激光雷達系統,缺點是帶來額外成本及數據處理需時。
最長懸停逾40分鐘
團隊發現,對比相同槳葉面積及載荷的四旋翼無人機,「脈衝星」可節省26.7%能量。由於使用單執行器,脈衝星的動力系統,使整體效率達到每瓦6.65克。以採用41瓦時的小容量電池為例,甚至可卸下激光雷達,安裝更大的槳葉及電池,令「脈衝星」無人機的懸停時間,由12分鐘延至超過40分鐘。