下一代無人機將進入「機群」時代

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當想到無人機的時候,你頭腦中是怎樣一幅畫面?單一的一個帶有螺旋槳的遙控玩具,或者是一架大型軍用無人駕駛飛機?很快,這些畫面可能會發生很大的變化:無人機正在變得越來越小,製造成本下降,可以自主飛行,並組成以數百個、甚至數千個為單位的群體,像一群鳥一樣飛翔。

這樣的群體被稱為「機群」。將足夠多的無人機組合在一起,它們就可以在很多方面勝過人類。他們可以拯救你的性命,或者在戰場上成為置敵人於死地的作戰部隊。

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Image caption 無人機正變得越來越小,越來越便宜,並且將開始像鳥群一樣形成大規模的機群(圖片來源:David Tipling Photo Library / Alamy Stock Photo)

為什麼無人機機群那麼重要?

首先,在戰場上,它們可以勝過已經使用了幾十年的軍事武器和技術。設想一下:在一個擁擠的城市,小型四軸飛行器的編隊可以到處收集情報;坦克營隊可能會被從各個方向如約而至的微型攻擊無人機擊潰;在海上,成千上萬的小型無人機可以掃蕩軍艦。雖然許多都會被擊落,但總有一些能夠漏網通過,摧毀雷達,讓軍艦失去防禦能力。

此外,機群中沒有領導者或指揮官;無人機機群是一個集群,是一個自行組織的系統,其中所有的元素都是平等的。機群可以讓無人機高效地搜索一個區域,或者一起飛行且不會發生碰撞。並且只需要一個操作員就可以控制整個機群。

機群的戰鬥力很強。一枚導彈可以擊落一架飛機,但一群無人機在失去數十架後還能繼續前進。導彈數量有限的防空體系會被數量眾多的對手打垮擊潰。

但無人機機群也將出現在許多場景下,例如搖滾音樂會、穀倉前的院子等等。

那麼,我們會開始在日常生活中看到無人機機群嗎?

對。事實上,你可能已經看到過了。

今年早些時候,300架無人機組成的機群在嘎嘎小姐(Lady Gaga)的超級碗半場表演中組合成美國國旗的樣子,照亮了夜空。而英特爾正在推廣他們的"流星"無人機機群,作為煙火的替代品。中國的億航公司是最大無人機機群紀錄的保持者,在壯觀的新年表演節目中,1000架無人機組成了中國地圖和"福"字。

無人機機群也可以輕鬆完成對管道、煙囪,電力線和工業廠房的低成本檢查。

無人機機群甚至可以在農場裏大展身手。它們可以發現植物病蟲害,並幫助管理用水,或通力合作覆蓋一個區域,進行農藥和除草劑的精凖噴灑。

美國明尼蘇達大學(University of Minnesota)分佈式機器人中心(Centre for Distributed Robotics)的尼古拉斯·帕帕尼克洛普羅斯(Nikolaos Papanikolopoulos)正在研究太陽能無人機,它最終將實現大面積農田的低成本勘察。

帕帕尼克洛普羅斯說:"它們的作用可能包括盡早發現缺氮、植物病害以及完成水資源的合理管理。"

還有什麼?

雖然無人機用於救援行動已經有很多年了,但派出更小型的無人機機群可以拯救更多的生命。

代爾夫特大學(University of Delft)的微型飛行器實驗室正在開發一種"口袋無人機"機群,小到可以放在手心。它們能夠在室內飛行,在建築物受到嚴重破壞以至於救援人員無法進入的情況下入內搜尋,並將在地震等災害後分散尋找倖存者。

拉夫堡大學(Loughborough University)的研究人員建立了一個系統來幫助山地搜索和救援,該系統使用一支由10架小型手動發射無人機組成的團隊。無人機配備有熱像儀,可輕鬆定位登山失蹤者,並通過彼此溝通,確保覆蓋整個區域。

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Image caption 無人機長期以來一直用於搜索和救援,但是由數百架小型無人機組成的機群可以覆蓋更大的區域,進入更狹小的空間(圖片來源:Getty Images)

哪些國家的軍隊正在發展無人機機群——為什麼?

不止一個超級大國正在發展無人機機群技術。

以美國為例,美國最近從F/A-18噴氣式戰鬥機發射了103架小型"Perdix"無人機。這些無人機重幾百克,並且是從通常用於釋放照明彈的撒布器中投放出來。通過3D打印技術製造出來的Perdix無人機是一次性的,旨在通過作為誘餌或干擾器或通過定位雷達來抑制敵方的防空力量,以便將其摧毀。

美國海軍還計劃開發成本低於一枚導彈的無人機機群。他們正在開發軟件,讓機群可分散成子群體,各自完成特定的任務,或者讓新的無人機可以無縫加入機群。

另一個參與者是中國。中國長期以來是民用小型無人機的領導者。僅大疆創新(DJI)就佔據全球市場的70%左右。現在中國軍方正在研究他們能用這種新技術做什麼。在12月舉行的一次航空航天展覽會上,國有企業中國電子科技集團公司(CETC)展出了一段近70架無人機一起飛行的視頻。這些無人機編隊飛行,併合作完成情報搜集任務。這些無人機也可以協作對敵方導彈發射裝置進行"飽和攻擊"。它們從不同的方向同時俯衝發起攻擊——由於數量太多,防禦武器應接不暇,根本無法阻擋它們。

也許最雄心勃勃的計劃是美國海軍陸戰隊。他們的一個項目是在陸上、海上和空中使用一系列無人機。它們可能是軍隊登陸海灘前的第一波打擊。無人機會進行偵察,定位敵方陣地,並可能發起攻擊。機群也可以防禦敵方無人機機群的攻擊。為了探索這個方向,海軍陸戰隊正在安排機群對機群的軍事演習。(他們已經設計出用於捕獲其他無人機的無人機。)

這些小無人機也可以是間諜、偵察兵或情報搜集者。五角大樓的先進科學機構國防高級研究計劃署(Darpa)正構想讓步兵擁有自己的無人機機群進行偵察,特別是在城市地區和建築物內部。

Swarm Systems公司的史蒂芬·克蘭普頓(Stephen Crampton)表示:"250架小型飛行器必須佔據六個城市街區,這些機群可能會自行組織成子集群,提供有用的信息,例如'告訴我們對我方陣地的威脅'。"

那麼,無人機機群的未來是怎樣的呢?

無人機機群技術還處於起步階段。但它正在快速發展。

在理論上,機群可以擊敗任何現有的武器,並能夠提供足夠精確的火力,造成大規模毀滅。它們的影響可能堪比機槍的發明:如果沒有自己的無人機群,任何軍隊都將在戰場上被快速擊敗。屆時,誰擁有最大、最強的無人機機群,誰就能贏得戰爭。

但戰場遠非是我們將看到無人機機群的唯一地方。事實上,它們有朝一日可能進入我們的日常生活中。

從長遠來看,如果哈佛大學威斯康星研究院(Wyss Institute)的研究人員預測是正確的,那麼小型無人機可能會像昆蟲一樣成為我們環境的一部分。威斯康星研究院的RoboBee項目正在開發一種比紙夾小且重量不足十分之一克的小型無人機。隨著蜜蜂數量的減少,成千上萬的RoboBee小型無人機可以用來監測天氣,監控甚至給農作物授粉。

以後請注意遍及各處的微型無人機機群。要知道,它們現在已經擁有了包括農民和嘎嘎小姐在內的大量擁躉。

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