下一代无人机将进入“机群”时代

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当想到无人机的时候,你头脑中是怎样一幅画面?单一的一个带有螺旋桨的遥控玩具,或者是一架大型军用无人驾驶飞机?很快,这些画面可能会发生很大的变化:无人机正在变得越来越小,制造成本下降,可以自主飞行,并组成以数百个、甚至数千个为单位的群体,像一群鸟一样飞翔。

这样的群体被称为“机群”。将足够多的无人机组合在一起,它们就可以在很多方面胜过人类。他们可以拯救你的性命,或者在战场上成为置敌人于死地的作战部队。

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Image caption 无人机正变得越来越小,越来越便宜,并且将开始像鸟群一样形成大规模的机群(图片来源:David Tipling Photo Library / Alamy Stock Photo)

为什么无人机机群那么重要?

首先,在战场上,它们可以胜过已经使用了几十年的军事武器和技术。设想一下:在一个拥挤的城市,小型四轴飞行器的编队可以到处收集情报;坦克营队可能会被从各个方向如约而至的微型攻击无人机击溃;在海上,成千上万的小型无人机可以扫荡军舰。虽然许多都会被击落,但总有一些能够漏网通过,摧毁雷达,让军舰失去防御能力。

此外,机群中没有领导者或指挥官;无人机机群是一个集群,是一个自行组织的系统,其中所有的元素都是平等的。机群可以让无人机高效地搜索一个区域,或者一起飞行且不会发生碰撞。并且只需要一个操作员就可以控制整个机群。

机群的战斗力很强。一枚导弹可以击落一架飞机,但一群无人机在失去数十架后还能继续前进。导弹数量有限的防空体系会被数量众多的对手打垮击溃。

但无人机机群也将出现在许多场景下,例如摇滚音乐会、谷仓前的院子等等。

那么,我们会开始在日常生活中看到无人机机群吗?

对。事实上,你可能已经看到过了。

今年早些时候,300架无人机组成的机群在嘎嘎小姐(Lady Gaga)的超级碗半场表演中组合成美国国旗的样子,照亮了夜空。而英特尔正在推广他们的"流星"无人机机群,作为烟火的替代品。中国的亿航公司是最大无人机机群纪录的保持者,在壮观的新年表演节目中,1000架无人机组成了中国地图和"福"字。

无人机机群也可以轻松完成对管道、烟囱,电力线和工业厂房的低成本检查。

无人机机群甚至可以在农场里大展身手。它们可以发现植物病虫害,并帮助管理用水,或通力合作覆盖一个区域,进行农药和除草剂的精准喷洒。

美国明尼苏达大学(University of Minnesota)分布式机器人中心(Centre for Distributed Robotics)的尼古拉斯·帕帕尼克洛普罗斯(Nikolaos Papanikolopoulos)正在研究太阳能无人机,它最终将实现大面积农田的低成本勘察。

帕帕尼克洛普罗斯说:"它们的作用可能包括尽早发现缺氮、植物病害以及完成水资源的合理管理。"

还有什么?

虽然无人机用于救援行动已经有很多年了,但派出更小型的无人机机群可以拯救更多的生命。

代尔夫特大学(University of Delft)的微型飞行器实验室正在开发一种"口袋无人机"机群,小到可以放在手心。它们能够在室内飞行,在建筑物受到严重破坏以至于救援人员无法进入的情况下入内搜寻,并将在地震等灾害后分散寻找幸存者。

拉夫堡大学(Loughborough University)的研究人员建立了一个系统来帮助山地搜索和救援,该系统使用一支由10架小型手动发射无人机组成的团队。无人机配备有热像仪,可轻松定位登山失踪者,并通过彼此沟通,确保覆盖整个区域。

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Image caption 无人机长期以来一直用于搜索和救援,但是由数百架小型无人机组成的机群可以覆盖更大的区域,进入更狭小的空间(图片来源:Getty Images)

哪些国家的军队正在发展无人机机群——为什么?

不止一个超级大国正在发展无人机机群技术。

以美国为例,美国最近从F/A-18喷气式战斗机发射了103架小型"Perdix"无人机。这些无人机重几百克,并且是从通常用于释放照明弹的撒布器中投放出来。通过3D打印技术制造出来的Perdix无人机是一次性的,旨在通过作为诱饵或干扰器或通过定位雷达来抑制敌方的防空力量,以便将其摧毁。

美国海军还计划开发成本低于一枚导弹的无人机机群。他们正在开发软件,让机群可分散成子群体,各自完成特定的任务,或者让新的无人机可以无缝加入机群。

另一个参与者是中国。中国长期以来是民用小型无人机的领导者。仅大疆创新(DJI)就占据全球市场的70%左右。现在中国军方正在研究他们能用这种新技术做什么。在12月举行的一次航空航天展览会上,国有企业中国电子科技集团公司(CETC)展出了一段近70架无人机一起飞行的视频。这些无人机编队飞行,并合作完成情报搜集任务。这些无人机也可以协作对敌方导弹发射装置进行"饱和攻击"。它们从不同的方向同时俯冲发起攻击——由于数量太多,防御武器应接不暇,根本无法阻挡它们。

也许最雄心勃勃的计划是美国海军陆战队。他们的一个项目是在陆上、海上和空中使用一系列无人机。它们可能是军队登陆海滩前的第一波打击。无人机会进行侦察,定位敌方阵地,并可能发起攻击。机群也可以防御敌方无人机机群的攻击。为了探索这个方向,海军陆战队正在安排机群对机群的军事演习。(他们已经设计出用于捕获其他无人机的无人机。)

这些小无人机也可以是间谍、侦察兵或情报搜集者。五角大楼的先进科学机构国防高级研究计划署(Darpa)正构想让步兵拥有自己的无人机机群进行侦察,特别是在城市地区和建筑物内部。

Swarm Systems公司的史蒂芬·克兰普顿(Stephen Crampton)表示:"250架小型飞行器必须占据六个城市街区,这些机群可能会自行组织成子集群,提供有用的信息,例如'告诉我们对我方阵地的威胁'。"

那么,无人机机群的未来是怎样的呢?

无人机机群技术还处于起步阶段。但它正在快速发展。

在理论上,机群可以击败任何现有的武器,并能够提供足够精确的火力,造成大规模毁灭。它们的影响可能堪比机枪的发明:如果没有自己的无人机群,任何军队都将在战场上被快速击败。届时,谁拥有最大、最强的无人机机群,谁就能赢得战争。

但战场远非是我们将看到无人机机群的唯一地方。事实上,它们有朝一日可能进入我们的日常生活中。

从长远来看,如果哈佛大学威斯康星研究院(Wyss Institute)的研究人员预测是正确的,那么小型无人机可能会像昆虫一样成为我们环境的一部分。威斯康星研究院的RoboBee项目正在开发一种比纸夹小且重量不足十分之一克的小型无人机。随着蜜蜂数量的减少,成千上万的RoboBee小型无人机可以用来监测天气,监控甚至给农作物授粉。

以后请注意遍及各处的微型无人机机群。要知道,它们现在已经拥有了包括农民和嘎嘎小姐在内的大量拥趸。

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