奔向可控的智能化!無人機人機交互的挑戰與前沿 | ICRA 2018

從產業、市場、資本等角度看,無人機近兩年一直處於「降溫」階段,商業化的無人機已經進入了一個「寡頭時代」,消費類市場的熱度也在下降,無人機廠商也在努力向行業、專業級業務靠攏,創業廠商淘汰了一批又一批,資本對於無人機創業公司的關注也慢慢轉移到了其他「風口」。和產業界不同的是,學術界對於無人機的研究如同之前一樣充滿熱情,這種能夠飛行的機械給機械人制空領域帶來了無限可能。

在正舉行的ICRA 2018上,其中一個「Half Day Workshops & Tutorials」專場中,舉行了一場關於「無人機人機交互:挑戰與前沿」(Human-Robot Interaction with UAVs:Challenges and Frontiers)的研討會。顧名思義,其中大多數講者的討論都是圍繞着「人-機」如何更好地合作、交流為主題。隨着技術、材料、傳感器、控制系統飛速發展,對無人機的研究目前來看已經趨於成熟,但儘管如此,與機械人領域的其他研究領域相比,針對無人機的人機交互主題還是頗為新穎的。

雷鋒網了解到,這次研討會的主要目標是:

首先,研討會上重點介紹了無人機在人機交互方面的最新進展,展示和交流關於此研究的先進方法和研究人員目前面臨的挑戰。其次,討論可交互的飛行機械人可以解決哪些任務以及有哪些新的飛行機械人的人機交互方式。

此次研討會上,對於產業界已有的商用無人機的幾種主流交互方式做了相應的歸類和總結和分析:

「地面站」

以Parrot子公司senseFly為代表的測繪無人機,目前採用了主流的「地面站」式操作方式。該公司的eMotion地面站操作軟件宣稱是「任何人都可以使用的高級可擴展軟件」,簡潔易操作,對初學者很友好,優化了很多「高級功能」可幫助操作人員快速啟動無人機,同時簡單地收集和管理所需相應的數據。eMotion是目前唯一支持固定翼和多旋翼飛行器操作的專業級無人機軟件。全3D的顯示為無人駕駛飛行管理增添了新的交互,能夠幫助用戶更準確地計劃、模擬和控制無人機的飛行軌跡,實現更安全的飛行,並獲得更高質量的數據。

這種「地面站」軟件的操作是目前專業級無人機對人機交互方面比較主流操作方式之一,優缺點都很明顯,優點在於精準、可針對行業領域定製化,缺點是交互方式過於傳統,不便攜。

「手勢操作」

DJI在2016年推出的Mavic Pro在當時被評價為航拍無人機新標準,憑藉的便是基於先進的機器視覺技術的飛行系統,可以實現多種方式的手勢操作。而最新的Mavic Air採用了FlightAutonomy 2.0系統,配備7個視覺傳感器、新的飛控導航算法,與機身內的15組傳感器協作,可實時構建飛行器周圍的三維地圖;前後及底部雙目視覺進一步提升感知能力,前後探測距離遠達20米,除了能讓無人機更安全的飛行之外,多了更豐富的操作交互體驗,操作者可以使用手勢來控制無人機的飛行,無人機本身也有輔助飛行系統來執行一些「跟拍」等任務動作。

這種方式在消費級無人機身上優勢明顯,擺脫了遙控器,讓操作更加簡便,隨身戶外攜帶也更方便。但是這種方式在大型的專業機上就不太合適,因為手勢控制的局限在於距離,大型專業無人機作業時經常處於視距外飛行,所以需要更長距離的控制才行。

「自主飛行」

無論是地面站、遙控器等控制方式,還是手勢控制、輔助飛行等軟件控制,最終都是需要人為主動操作對無人機進行控制,而有些研究者人為在未來的發展中,無論是無人機還是其他機械人都應該是更智能的、自主運動的。在研討會上,演講者聊到了美國初創公司Skydio的無人機新品——Skydio R1。

據外媒報道,這款R1產品不需要任何的遙控器控制,是一台「純視覺」的無人機。通過機身搭載的 13 台攝像機以及一台深度運動傳感器,R1可以緊緊跟隨目標物體飛行。此外,系統自帶的自動駕駛功,能讓 R1 在飛行過程中避免和其它物體碰撞,產生傷害。Skydio宣稱,這款無人機所有的任務都可以通過其自帶系統完成,不需要人為操作。

目前國內還沒有這款機器的真機評測,也不知道這款機器是否像宣傳中的那樣智能、穩定,但即便宣傳與現實相符,Skydio R1也是作為消費級航拍無人機來實現這些自動技術,如果技術用在工業上,還不知道可不可行。

整個研討會的多數講者對於無人機交互的結論,大多都是需要無人機在多數情況下更智能,在特定情況下更可控。又要智能,又要可控,這種技術上的研究和兩個要求的平衡,是接下來飛行機械人人機交互研究的重點,也是接下來面臨的挑戰。

當然,以上只是主流的無人機交互/控制手段,還有給更多的方式需要研究者們挖掘。

人機交互和融合是一個需要長遠規劃的大命題。與地面機械人人機交互不同的是,無人機更難控制,變量更大。首先需要在保證安全的同時,提升操作的穩定性、精準性,能夠在空中完成各種複雜的動作。單是這種研究就已經十分困難,在機械研究的同時,為無人機添加智能化的交互系統更是極大的挑戰。

這其中需要針對無人機不同領域、不同應用、不同環境狀況來調整無人機和人的交互方式,短期來說,在特定範圍內的智能研究是個重點,長期來說,如何融合各種不同狀況下無人機的應對能力,才是人機交互未來的大方向。

簡而言之,結論:無人機的人機交互方向還有很大的研究空間。

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