團隊合作對無人機也很重要

無人駕駛飛行器（UAV），通常稱為無人機，無處不在，並因其在許多民用領域的廣泛潛在應用而變得越來越受歡迎。配備精密的傳感器和通信設備，無人機可以構成一個多無人機系統，也稱為集群。

來自赫爾姆霍茨資源技術研究所和高級系統理解中心的科學家，這兩者都是HZDR機構，進行了實驗測試，以建立一個自主集群的概念框架，具體任務是有效掃描結構不均的環境。測試顯示，開發的集群概念比其他概念更具韌性。

對無人機日益增長的興趣和對新應用的渴望，以及不同UAV尺寸對飛行時間和傳感器載荷的影響，促使無人機集群或多UAV系統的出現。

智能UAV集群是一支自主無人機的艦隊，根據特定的規則進行合作，以便在沒有人工干預的情況下有效執行複雜任務。通過讓多架無人機在分層小組中協同工作，可以克服單個UAV的限制，使許多分散的任務能夠同時完成。

所提出的概念框架基於領導-跟隨者模式，其中領導無人機將任務分配給跟隨者。

HIF和CASUS的科學家Wilfried Yves Hamilton Adoni博士談到多UAV系統研究的背景時表示：「我們的研究旨在改善經濟繁榮、社會發展和環境保護，例如通過減少自然災害、繪製地球表面以尋找新資源或監測環境。」

Adoni接著說：「我們對在不均勻結構環境中進行集群任務時可能出現的各種障礙進行建模，即信息豐富的複雜區域與信息貧乏區域交替出現。與當前可用的UAV集群配置相比，我們提出的系統更具韌性，因為它能夠迅速從系統故障中恢復。」

Adoni繼續表示：「我們考慮了當前最新技術，對虛擬和真實的UAV集群進行了測試。結果顯示，我們的系統可靠、值得信賴且表現一致良好。例如，我們的方法在大型不均勻結構區域的能量消耗方面證實了良好的性能。」

具體而言，Adoni在十月發表在《無人機》期刊上的一篇文章中，介紹了科學家在設計自主多UAV系統以執行研究任務時應考慮的關鍵點。他討論了指揮鏈和UAV之間共識建立、領導者與跟隨者之間的通信，以及在UAV之間分配計算的具體示例設置等方面。

Adoni解釋說：「我們目前正在為特別適合此類集群任務的機器人操作系統開發一個開源軟件框架。這種框架的附加價值在於，它包含了一組強大的功能，這些功能與在挑戰性環境中執行自主任務相關。」

自主集群任務的挑戰

UAV到達無法接近地區的能力是探索任務的一個重要優勢。由於集群可以輕易地調整規模以在短時間內覆蓋大面積，因此它們適合用於偵查和監視任務。每架UAV的錄像可以實時顯示為三維可視化，這使操作員能夠實現對環境的現實映射。

但也存在挑戰。最常見的困難是避免碰撞和障礙物檢測。此外，能耗和電池壽命仍然是主要問題。此外，各國對UAV使用的法律要求各不相同。

UAV集群被設計為完全分布式系統，每架無人機分析其自身環境並與其他無人機合作，執行個別行動，以共同達成整體集群目標。

集群的運行原則基於一系列算法，使每個集群單元能夠通信和委派任務、規劃軌跡，並協調飛行，以有效實現集群的整體目標。這些算法通常在高度分層的架構中運作，使集群在不同層級上具備一定的自主性。

因此，人類操作員的責任可能僅限於基本的監督和高層次的參與，而無需直接行動。

提供者
赫爾姆霍茨德累斯頓-羅森多夫中心