专访宾夕法尼亚大学Vijay Kumar：无人机背后的故事

　　提到无人机，有人也许会想到巡航在海上的大型的军用武器，而近年来，随着消费级无人机的技术革新和价格优势，这类无人机开始被大众所熟悉。无论是摄影还是送货，只要一提起无人机，人们马上会联想到大疆（DJI）、Parrot（一家总部位于法国巴黎的无人机及无线产品制造商）、3D Robotics（由前《连线》杂志主编Chris Anderson和时年20岁的Jordi Munoz创建，主打北美市场）、AscTec（德国Ascending公司旗下的无人机品牌）这些生产商。　　然而，在美国宾夕法尼亚大学有这样一间实验室，早在2006年就开始了无人机相关技术的探索，至今他们的无人机算法和技术在农业、救灾、建筑、娱乐等方面有着广泛的尝试。相对于常见的摄影或物流类的无人机，他们所研究的无人机应用的场景更多样、处理的问题更复杂、涉及的技术领域和更为宽泛。可以说，他们的每一个新进展，都引领着整个无人机领域的技术变革，同时也是推动无人机和人工智能领域发展的杠杆。　　近日，《程序员》杂志在CCF–GAIR全球人工智能和机器人峰会上专访了美国宾夕法尼亚大学工程学院院长，IEEE、ASME Fellow，美国国家工程院院士，Vijay Kumar。他就自己实验室最新的研究成果与我们进行了交谈。　　除了摄影，无人机还能干什么？　　Vijay Kumar是位印度裔机器人科学家，1983年毕业于印度理工学院坎普尔分校（IIT），后进修于美国俄亥俄州立大学，1987年获得机械工程博士学位。Vijay是世界上第一批研究无人机的科学家之一，早在2006年，Vijay和他的团队便第一次成功开发出了四轴飞行器原型，并积极推广无人机在多个实用场景下的应用。十年后的今天，无人机产业早已变的炙手可热，市场规模实现了百亿美元的增长，有人估计，到2020年，无人机市场将达到250亿美元。尽管市场越来越热，但学术界和产业界之间，依然存在一定的距离。这也让Vijay坦言，他并不关心无人机市场，眼下自己的重点，依然放在无人机的四个核心研发问题上：体型、安全、智能、速度。虽然这四点看似简单，但要是一一展开，无疑会让我们看到一幅关于无人机的更大的画卷。Vijay的最新研究成果，就是对这四点最好的诠释。这些成果包括以下几类。　　自主小型飞行器（Autonomous Micro UAVs），这种飞行器可以利用GPS在复杂的三维环境中巡航，可以用于搜寻工作和精细农作（Precision Farming）。这种无人机的重量只有20克，通过传感器来规划路线和监控当前环境，传感器包括IMU（Inertial Measurement Unit）、摄像头、激光测距仪、测高仪等。　　飞行器矩阵（SWARMS，Scalable sWarms of Autonomous Robots and Mobile Sensors），在矩阵中，每台飞行器都是以自主（Autonomic）的状态完成任务，在没有中央控制系统的情况下，仅根据傍边飞行器的反应而作出调整，从而达到协作的目的。　　微型生物机器人（Micro Bio Robots），这些微型机器人只有10～100微米，由生物传感器和马达制动。他们可以被用于药物探索、微创治疗以及微型装配。同时，他们还可以被应用在生物传感器和生物电路的合成，帮助行成“传感——驱动——通信”的闭环。　　飞天手机（Flying Smart Phones），智能手机是当下最常见的高性能、低成本处理器和传感器集成，用无人机搭载智能手机，相当于拥有了一个给力的CPU/GPU、两个摄像头、一块电池、GPS、Wi-Fi、蓝牙模块、IMU、电信数据接收器，以及相应的内存。这无疑给飞行器赋予了更好的性能。　　通过上述研究，无人机可以被应用在很多场景，例如可以放进大楼作为报警器，一旦有入侵者，马上报警；在建筑内寻找生化／煤气泄漏，或者把飞行器送进倒塌的楼房或核反应堆，来探测放射强度；室内建模，在陌生的空间内构建实时地图，甚至连一些室内细节都可以反映出来；搬运重物；搭建建筑龙骨（目前，根据Vijay一位学生开发的算法，飞行器矩阵可以自己建造矩形的龙骨），飞行器根据对周围飞行器的探测，可以自行选择用什么材料、用在哪里、什么时候用。　　除此之外，Vijay研究的飞行器还有很多实际用途，例如精细农作，通过热感摄像机和普通摄像头捕捉的数据，分析每株作物的特定需求，并且将结果反馈给农户，比如作物A需要浇水、作物B需要施肥、作物C需要除虫等。通过这一方式，无人机还可以计算每株作物的果实数量，从而帮助农户对收成进行预估，以及找出染上疾病的作物。