科技日报记者 刘园园
记者9月25日获悉，西湖大学工学院人工智能系赵世钰实验室研发的飞行工具箱（FlyingToolbox）空中协同操作系统，成功攻克多旋翼无人机近距离飞行与高精度操作不可兼得的技术难题。这也是在全球首次实现多旋翼无人机“竖叠飞行”状态下的高精度工具交换与协同作业，相关研究成果日前在线发表于《自然》期刊。
微小型无人机在低空经济中扮演着重要角色，它们既可以单飞，也可以群舞。但两架多旋翼无人机几乎无法像“叠罗汉”一样上下叠飞。“这是由于两架多旋翼无人机叠飞时，位于上方的无人机螺旋桨会向下持续地吹出强烈气流，也就是下洗气流。这会严重干扰无人机飞行的稳定性。”赵世钰解释，这成为多旋翼无人机技术发展的卡点。
研究团队希望，多旋翼无人机不仅能执行航拍、监测等任务，还能化身为空中作业机器人——它们能代替人类在难以抵达的区域进行作业，进行危险物品抓取与放置、高空建筑清洁、接触式检修、空中增材制造等作业任务。
为实现这一目标，最新研发的飞行工具箱系统由工具箱无人机和操作无人机组成。前者可携带爪子、剪刀等多种末端执行工具，后者配备可伸展机械臂。在飞行过程中，操作无人机可飞到工具箱无人机上方，自主完成工具拾取、放回等操作，全程无需人工干预。
赵世钰介绍，为实现无人机高精度对接，团队设计了三大核心技术模块。其中，柔性电磁对接装置通过电磁智能接口与弹性系绳设计，让无人机对接时产生磁力吸附；气流扰动估计与补偿方法，结合植入于下方无人机的下洗气流速度场模型，实时预测气流影响并调整飞行；高精度对接与操作控制技术，通过相机识别二维码判断两机相对距离，下方无人机实时调整旋翼速度，抵消气流影响，实现精准控制。
实验数据显示，两架多旋翼无人机20次连续对接平均误差仅0.80厘米。双机协作可自主完成空中剪彩、抓取放置等动作；三机协作在高动态气流环境中仍稳定作业。
“这一技术突破有望推动多旋翼无人机在更多高难度场景中替代人类完成复杂任务。”赵世钰表示。
（西湖大学供图）
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