无人机实现空中“握手”

本报北京9月29日电（记者晋浩天） 你见过两架无人机像“叠罗汉”一样上下叠飞吗？上方无人机精准从下方无人机拿取搭载的工具，完成任务后再物归原主。这一富有科技感又兼具实用性的场景，在西湖大学工学院人工智能系特聘研究员赵世钰实验室成为现实。团队研发了一款名为飞行工具箱（FlyingToolbox）的空中协同操作系统，在国际上首次实现了多架无人机在飞行过程中的高精度工具交换，成功攻克了近距离飞行与高精度操作难以兼顾的核心技术难题。这一突破性成果日前发表于国际学术期刊《自然》。

“大家在生活中见到过无人机单飞、群舞，却几乎没有两架无人机能像‘叠罗汉’一样，一上一下叠飞。”赵世钰介绍说，原因在于两架无人机交叠时会产生强烈的“气流干扰”，极易出现“翻车”事故，更不用提精准作业。这个看似“简单”的动作，其实是无人机技术发展的一个卡点。这一问题可通过多机协作来解决。赵世钰团队构想，就像外科手术那样，主刀医生专注操作，护士在一旁递剪刀、止血钳等，无人机们也可以各司其职，交换工具。这样一来，每个无人机都可以专注于自己角色，通过分工协作完成复杂作业任务。

为此，赵世钰团队研发了飞行工具箱空中协同操作系统。这个系统由一架工具箱无人机和一架操作无人机组成。工具箱无人机，顾名思义，能够携带多种不同类型的末端执行工具，如爪子、剪刀等；而操作无人机，则是拥有可伸展的机械臂的那个“操作手”。

让无人机真正合作起来，最大挑战在于克服竖叠式飞行时的下冲气流，在强风中实现高精度空中对接。团队设计了三个“黑科技”核心模块以破解难题：柔性电磁对接机构、气流扰动估计与补偿方法、高精度对接与操作控制技术。

“柔性电磁对接机构，是在接触时会自动‘吸附’的电磁智能接口，这一设计大大提升了对接的精准度。气流扰动估计与补偿方法，是指下方无人机能实时估计上方无人机产生的下洗气流扰动强度。高精度对接与操作控制技术，则让上方的无人机‘看得清’，让下方的无人机‘飞得稳’。”本文第一作者、西湖大学副研究员曹华姿说。

在实验室中，这套全新的飞行工具箱空中协同操作系统运行稳定。赵世钰介绍，它不仅成功完成了不少于20次的连续对接，还能胜任“双机协作”及更加复杂的“三机协作”等任务场景，成功解决了近距离飞行与高精度操作之间的技术矛盾，实现了空中竖叠式飞行条件下的工具交换。

“我们相信，它能够启发更多研究人员从事关于空中作业任务的研究，实现如空中换电池、物资补给等更加复杂的任务。同时，它也能为实际任务提供潜在解决方案。”赵世钰展望说。