具备感知与避让能力的无人机 是 2015年十大新兴技术之一 ，由 世界经济论坛新兴技术Meta委员会重点介绍。
一旦无人驾驶飞行器——更广为人知的名称是无人机——能够可靠地避开与人、物体及彼此之间的碰撞，它们就可能成为我们天空中的日常景象，执行各种各样的任务。
我们采访了卡内基梅隆大学机器人学研究教授雷德·惠特克，探讨推动无人机发展的因素，以及我们可以期待看到它们如何得到应用。
具备“感知与避让”能力的未来无人机与当前的无人驾驶航空器有何不同？
未来的无人机将能够感知、思考并采取行动，以避免碰撞并安全地实现预定用途。如今的无人机无法以这种方式感知或思考。现有无人机无法对其他无人机作出反应，也无法与周围环境互动。它们无法响应自己看不见的事物。有些现有无人机能够自主飞行，但即便是其中最出色的，也只是盲目飞行，与未来所需的高标准相去甚远。
无人机要能够自主飞行，需要具备什么条件？
它们需要能够理解并响应不可预测的局部环境。归根结底，它们需要模拟蜜蜂、鸟类和鱼类的方式：即使在近距离结伴移动，也能通过改变高度或轨迹，出色地避免碰撞。
哪些技术突破正使这一愿景成为现实？
我们看到许多必要领域的发展正在汇聚。其中一项尤为重要的进展，是通过专用软件和硬件加快“感知—思考—行动”循环，从而实现大规模的并行处理。自动驾驶汽车可能每秒只需完成十次左右的感知—思考—行动循环，就能显得很熟练。但要在近距离环境中实现稳定、灵活的飞行，循环频率必须接近每秒100次或1000次。过去几年，我们在优化和加速这一控制循环方面取得了重大进展。传感器技术也取得了显著进步。新型深度摄像头能够感知深度、距离和几何形状，而不仅仅是拍摄图像。这对于判断哪些地方适合或不适合飞行，以及如何避免碰撞，至关重要。读者可能知道，投影仪如今已先进到开始出现在智能手机中。利用投影仪向现实环境投射棋盘格线条图案，再用摄像头捕捉这些图案，就能对视野范围内的环境建模，而且在各种光照条件下都能达到足够的探测距离、精度和速度。这比仅仅几年前可实现的技术有了很大改进。再举一个例子：惯性传感器正变得更好、更小、更便宜，也更坚固耐用。它们是无人机保持平衡和实现控制的核心关键。惯性传感器的作用类似于人类的内耳，用于感知运动和垂直方向。过去，这类传感器是体积庞大、笨重且昂贵的机械陀螺仪，带有电机驱动的活动部件。如今，它们已成为经济实惠、精准微型且没有活动部件的设备。这些只是少数几个例子。从螺旋桨技术、材料、处理算法、传感器到通信，所有构成无人机从A点飞往B点并避免陷入险境的基础要素，都呈现出同样的趋势：渐进式进步累积起来，最终带来变革。
目前无人机有哪些用途？
目前最大的商业用途可能是在农业领域：监测作物，确保水和农药等投入品得到尽可能高效的使用。无人机也正在改变测绘行业，包括建筑施工、房地产销售检查以及基础设施评估。它们让树木勘测变得容易得多，也有助于检查森林健康状况。交通监测与管控是另一个未受充分重视的应用领域。无人机拍摄的视频也有一些令人惊叹的例子，比如城市观光。今年早些时候，CNN首次使用无人机直接播报新闻，报道纪念塞尔玛民权游行50周年的活动。当然，无人机也可用于安全监控。俗话说，信息就是力量；无人机是获取信息的有力工具。但无人机真正的价值，在于它们能够从单纯观察事物转向实际执行任务。
哪些事情有望成为可能？
潜在用途很多，包括如今需要派出人员队伍去完成的工作——搬运和运送物品、递送物品、攀爬电线杆、架设电线、搜救以及修剪树木。可以把无人机想象成能够飞行并悬停在空中的机器人，再想想 下一代机器人技术管线中的进展，就能体会其中的种种可能性。这项技术距离成熟还很远。我认为，当前我们只实现了未来可能性的约2%；一旦能够克服安全性和可靠性方面的障碍，允许无人机共享空域的大门就会开启。
达到可接受的安全性和可靠性水平，前景如何？
即使是成熟且常规使用的技术，也总会出现故障——这是统计上不可避免的。即便由人类驾驶的客运飞机，也无法避免硬件、软件、人为错误或恶意行为带来的问题。具备感知与避让能力的无人机也不会例外。随着无人机用途日益广泛，我们始终需要在收益与风险之间取得平衡——例如，最初我们可能希望只在条件良好时允许某些用途，而不允许在黑暗或恶劣天气下使用。任何技术都会面临此类持续不断的讨论，无人机也不例外。
作者：雷德·惠特克，卡内基梅隆大学机器人学研究教授
图片：一架摄像无人机在纽约市飞行，2014年3月12日。路透社/迈克·西格
