深夜時(shí)分，幾架無(wú)人機(jī)仍在山地爭(zhēng)分奪秒地執(zhí)行任務(wù)，它們負(fù)責(zé)搜索在突然爆發(fā)的山洪中受困的游客。突然，電量告急！但無(wú)人機(jī)對(duì)區(qū)域的搜索只進(jìn)行了一半，返回充電或派出新機(jī)都將極大地耽誤救援時(shí)間，該怎么辦？

近日，西北工業(yè)大學(xué)光電與智能研究院李學(xué)龍教授和同事們?cè)?ldquo;光動(dòng)無(wú)人機(jī)”（Optics-driven Drone，ODD）方面的研究取得突破性進(jìn)展：利用智能信息傳輸處理和高能激光等技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)人機(jī)的全天時(shí)智能視覺跟瞄和自主遠(yuǎn)程能量補(bǔ)充，開啟了我國(guó)無(wú)限續(xù)航無(wú)人機(jī)的探索，實(shí)現(xiàn)了光電與智能學(xué)科的交叉融合，是“臨地安防”的典型應(yīng)用之一。

隨著我國(guó)低空空域逐步開放，旋翼無(wú)人機(jī)、固定翼無(wú)人機(jī)等低空飛行器大量普及，目前已在災(zāi)害預(yù)警、智能救援等臨地安防任務(wù)中發(fā)揮著重要作用。在未來(lái)，大型無(wú)人機(jī)還能夠變身空中巴士，實(shí)現(xiàn)低空立體交通出行，為我們的生產(chǎn)生活和安全保障帶來(lái)極大的便利。

光動(dòng)無(wú)人機(jī)（ODD）系統(tǒng)整體示意圖

然而，受限于目前化學(xué)電池的功率密度，大多數(shù)無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間僅在1小時(shí)之內(nèi)，工作效率低，也難以在復(fù)雜耗時(shí)的任務(wù)中發(fā)揮作用。

為解決此類問(wèn)題，西北工業(yè)大學(xué)光電與智能研究院李學(xué)龍教授和同事們開展了光動(dòng)無(wú)人機(jī)（Optics-driven Drone，ODD）的研究。該項(xiàng)研究使用高能激光對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程供能，并在無(wú)人機(jī)上搭載特制機(jī)載光電轉(zhuǎn)換模塊，將光能轉(zhuǎn)換為電能。該研究結(jié)合了智能信號(hào)傳輸與處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程供能的自主化，使無(wú)人機(jī)具備了無(wú)限續(xù)航能力，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)工程和人工智能的學(xué)科交叉，是“臨地安防”的典型應(yīng)用之一。

光動(dòng)無(wú)人機(jī)（ODD）設(shè)計(jì)圖

光動(dòng)無(wú)人機(jī)主要具有三點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)：智能化、自適應(yīng)和安全性。

首先，為了穩(wěn)定精準(zhǔn)地跟瞄和預(yù)測(cè)無(wú)人機(jī)目標(biāo)，課題組提出了一種面向復(fù)雜變化目標(biāo)的智能視覺追蹤算法，具備良好的光照、尺度、旋轉(zhuǎn)自適應(yīng)性，使視覺追蹤具有更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位無(wú)人機(jī)的作用。

其次，為了消除大氣的流動(dòng)與密度變化對(duì)激光束的影響，課題組提出了一種自適應(yīng)光束賦形技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光束強(qiáng)度分布的自主動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，提高長(zhǎng)距離激光能量傳輸?shù)挠行院涂煽啃浴?/p>

最后，為了確保光束路徑范圍的安全，課題組提出了障礙物判定和激光功率自主調(diào)節(jié)的方法，能夠根據(jù)目標(biāo)物的反射特征等判定方法及時(shí)發(fā)現(xiàn)障礙物，并將激光功率自主調(diào)節(jié)至安全范圍。

近年來(lái)，中國(guó)無(wú)人機(jī)行業(yè)快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展加深。光動(dòng)無(wú)人機(jī)作為光學(xué)工程與人工智能學(xué)科交叉所誕生的產(chǎn)物，擺脫了續(xù)航限制，將為無(wú)人機(jī)行業(yè)提供新的發(fā)展及應(yīng)用思路。

首先，無(wú)人機(jī)可以飛得更高更遠(yuǎn)。借助高功率激光束供能，無(wú)人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)超大范圍巡航，其執(zhí)行任務(wù)的自由度與可能性都將極大提升，甚至實(shí)現(xiàn)“低空衛(wèi)星”“人造月亮”等作用。其次，無(wú)人機(jī)集群組織更為便利。通過(guò)自主的地對(duì)空、一對(duì)多無(wú)線充電，無(wú)人機(jī)集群協(xié)同的優(yōu)勢(shì)和效率將進(jìn)一步放大。

光動(dòng)無(wú)人機(jī)將有望深度參與社會(huì)治理，如交通管控、治安巡邏、災(zāi)害救援、無(wú)接觸式物流配送等。在未來(lái)，這種具有無(wú)限續(xù)航能力的無(wú)人機(jī)還可能在我們對(duì)空天地海的探索與遨游中發(fā)揮重要作用。