无人机一直是一个很火的话题,除了一些新奇的玩法之外,我们能否用科学的理论来使无人机为我们未来的生活服务呢?

文章最后的视频是TED Global 机器人实验室的 Raffaello D‘Andrea 团队开发的四轴飞行器,它是根据运动员的竞技模式而开发出来的,视频中显示出其精准的定位和反应能力,以及各个无人机之间相互工作时的高协调性。

视频中提到最多多的就是算法,那么问题来了:

大开眼界!让国外大咖告诉你未来的人机交互是啥样(附TED视频)-唯轮网

到底怎么设计算法?

据 Raffaello D‘Andrea的描述:

我们用到了一些被称为模型基础的设计,我们首先捕获机械物理行为的数学模型,然后,我们用数学分支叫控制理论,去分析这些模型,合成控制飞行器的算法。比如,这是我们怎样使飞行器悬浮,我们首先用一整套不同的方程式捕获动力学状态,然后我们在控制理论的帮助下,操作这些方程式创造出让飞行器达到稳定的算法

视频中 Raffaello D‘Andrea 有很详尽的展示。

理解物理模型

视频中, Raffaello D‘Andrea是把一个装了水的酒杯放在无人机上展示,为什么无人机飞来飞去,被子没有掉下来?两个原因:第一个是万有引力影响万物,都是在同一个方向上的,第二个是,螺旋桨和水杯都指向了相同的方向,向上。由于有这两个原因,所有在被子上的侧力都被空气力学缩小和控制,飞行器的移动速度就可以忽略不计了。

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无人机在有物理损伤情况下的反应

我们都知道四轴无人机至少需要四个螺旋桨发动机才可以保持飞行,视频中 Raffaello D‘Andrea直接把螺旋桨剪下去,留下两个螺旋桨去分析飞行器的数学模型,就发现它可以用非常规的方法飞行。(摇头晃脑,像喝醉了样)

控制机器像运动员翻滚

视频中Raffaello D‘Andrea控制的无人机像跳水运动员一样,精确翻滚三圈,返回原地,精彩至极。整个过程发生的如此之快,实际上,飞行器是在盲目地执行这个动作,我们再利用这些信息修改飞行器的行为。

如何击中移动中的球

我们怎么样使一个机器像一个运动员一样毫不费力的做到呢?视频中的飞行器上面已经捆好了球拍网,拥有苹果大小的最佳击球点,以至于不会太大。接下来的计算是每20毫秒一次,或者每秒50次。我们首先计算,小球将要去哪里,接下来计算飞行器应该怎样迎击小球,以至于它可以向着小球抛出的位置飞出去。第三步,一个抛物线被计算出来了,包含飞行器从它当前状态和能冲击到小球的位置,第四,我们只执行20毫秒对于这个策略,20毫秒之后,整个上面的过程,重复直到飞行器击中了小球

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无人机的相互协作

视频中三台无人机相互协作,接住Raffaello D‘Andrea扔过去的小球,又相互合作使小球反弹回到他身边。当运输网全部伸展,这些飞行器是垂直的,实际上,在这个时候,这速度是五倍蹦极的感受。数学模型被用于不断的重复协同策略:50次每秒。

当人类与无人机深度合作

利用手势传感器,我们就拥有了自然的交互方式,利用手势控制飞行器的原始运动能力。交互不见得非得是虚拟的,可以是物理上的,视频中,Raffaello D‘Andrea试着移动无人机到别的地方,但它反抗着,相反还是利用数学模型,评估人类施加在飞行器上的力量,如果我们知道了这个力量,我们就能改变这个物理规定。

文章最后除了附上TED视频之外,另外还有一个小视频,拍摄的是无人机快速升空看到的美景。一起来欣赏吧。

via:雷锋网