赢得百万设计大奖的Gimball无人机器人

元件

` 自 2009 年起，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的智慧系统实验室（Laboratory of Intelligent Systems）便致力研发一种能够与外在环境产生密切互动的「防撞」无人机；理想上，这种无人机必须能够在充满障碍物的溷乱环境裡，「不仰赖」脆弱而繁複的感应器，即能顺利达成飞行任务。

历经多年研发改良，这款名叫 Gimball 的无人机终于在2013年日本东京举行的国际智慧型机器人与系统会议（IROS 2013）上大放异彩，并于2015年2月由新创公司 Flyability 推出，在阿拉伯联合大公国***出资举办的 Drones For Good 国际无人机竞赛（可点连结看官网）上从来自全球的 40 队参赛者中一举夺魁，赢得百万美元大奖。

这款击败群伦的无人机，从「东碰西撞后仍然能够持续飞行」的「昆虫」得到研发灵感，号称承受多次撞击仍能维持飞行稳定性，还能在人群间自由穿梭而不致造成危险。它成功的祕密究竟是什麽？
Gimball 的外形非常特别，像是一个以钢丝勾成的空心足球，裡面藏了一具无人机。它的直径有 34 公分，机身总重量却只有 370 克，祕密就在于它螺旋桨外所笼罩的可旋转球形防护罩。

这具防护罩实际上一共有两层，外层是由轻巧却坚韧的「碳纤维」网格构成的空心球体，内层则是由电池、一具同轴马达（coaxial motor）、两组控制面（control surfaces）、一具惯性量测元件（IMU）、其他相关电子控制元件，以及最关键的，协助保持平衡的两圈「万向支架」（gimbal，或称「常平架」，一种在枢轴上转动的圆形支架，用以辅助中心机体能维持绕着同一根轴线旋转不变）所组成——这也是 Gimball 名称的由来。

这两层防护罩各有不同的功用：外部的空心球体一方面避免使用者受到螺旋桨的伤害，一方面也能在撞击时适时「被动旋转」，以分散冲击，保护内部机身；内层「万向支架」的重心则经过精心设计，让内部机体永远朝向正确方向。因此，当冲撞发生时，一般无人机可能因为机身平衡受到严重干扰而坠毁，然而 Gimball 却只有外部的网状结构会配合转动，内层则维持稳定，安然无恙地继续前行。

举例来说，像在上述影片裡，当 Gimball 在枝叶茂密的森林裡进行测试时，由于它只需要「往前飞」、并从冲撞中不断「调整」路径， Gimball 仅靠简单的磁力定向就可以自主飞行几百公尺，无需任何障碍物迴避设备的加持。这使它可以在遥控操纵者的视野之外，完全倚靠第一人称主视角飞行（FPV），在杂乱的室内环境中寻找特定目标，如下方 Drones For Good 的决赛实测影片。

事实上，2013 年初，Flyability 创办人之一兼技术长 Adrien Briod 博士，就曾藉由 Gimball 的前身 AirBurr 与障碍物的碰撞来绘製室内地图，而这种「随机方向演算法」（random direction algorithm）跟扫地机器人在室内地板上游走的概念（可点击此处见原文报导连结），其实有异曲同工之妙；只不过，敢在空中飞行的无人机上採用这种演算模式，却是前所未见。

当硬体的「碰撞」不再是问题，无人机的「自动化导航」就变得简单多了：我们再也不需要为机身配备高价却脆弱的精密感应器，无人机机身的成本、重量与危险性也能因此大幅减轻。事实上，克服了无人机「重量」与「平衡」两大关键问题的 Gimball，完全改变了现阶段无人机研究面对环境障碍物的解决方桉；它既强悍且轻巧，不但不需要沉重、複杂而脆弱的大量感应器来迴避障碍物，反而藉由本身的特殊构造，将障碍物转换成「引导」它飞行的路标，让飞行时的碰撞从「危机」转换成「优势」。

这对未来「大型灾难救援任务」上无人机的应用，不啻一剂强心针。

举例来说，2011年日本发生福岛核灾，虽然使用了许多地面救灾机器人清理现场、协助进入救援，然而当时却没有任何一架无人机能够进入现场侦测，这是因为现场障碍物太多，超出一般无人机的飞行与应变能力之故。也因此，救难人员必须冒着高度生命危险亲自进入灾区，才能够得到第一手的现场资料。

但现在，因为其特殊球体防护罩的保护，Gimball 可以作为大型灾难现场第一线的侦测，穿过烟雾、粉尘与裸露的钢筋，寻找深陷其中的受困者，勘察半倒危楼内的状况，辨识化学成分外洩的源头；如果配备了光学与红外线热像仪，Gimball 在伸手不见五指的黑暗中也可以执勤。

除此之外，Gimball 的球体表面让它在飞行之馀也得以在狭窄空间的地面上滚动，或是沿着天花板滑行，充分适应各种大型灾区变化多端的险峻环境，纵使冲进人群，也不致因急速转动的螺旋桨发生危险，造成受困者的二度伤害。

轻巧、快速、安全、强悍，在多年研发成果获得大奖肯定后，Flyability 研发团队的下一步是什麽？Adrien Briod 博士表示，在得到这笔研发奖金后，他们未来方向是加强 Gimball 的室内定位系统，以及能够在任务完成后「自动回到出发点」的能力，也希望在一年内将它商业化，正式在市面上发售。

也许在不久后，我们就将看见这个造型特殊的「空心足球」在狭窄空间裡自由穿梭飞行，救难于水火之间——并守护所有出生入死的救灾人员的无限未来。

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小鸟游 · 2015-3-4 11:17:21

cool!我想知道如何了解这个无人机的构造，网站在(=@__@=)哪里?

上上下下 · 2015-3-4 13:58:36

随着技术发展，物联网逐步由展望走向现实，基于物联网的智慧家庭、智能家居产品也逐一呈现落地，在2015年巴塞罗那世界移动通信展上（MWC），更成为展会的焦点。

物联网领域重要的联盟Allseen拥有高通、思科、LG等百家企业会员，与其他联盟平台强势抗衡，然而该联盟在MWC的物联网展区则与物联智慧搭档联展。