无人机的发展因更多的机载智能而加速

无人机的发展因更多的机载智能而加速


无人机已经走过了漫长的道路:它们不仅能够飞得更远更快,还可以完成更多任务,但这需要越来越多的电子组件来飞行和履行职责。


内存、数据存储、电机控制,甚至机载人工智能和机器学习都是无人机在不同用例中执行功能所必需的,包括安全和军事、农业、应急响应和医疗应用,当然还有送货。无人机服务市场规模预计到 2025 年将增长到 636 亿美元,近年来经历了大幅增长。


电子元件和半导体技术的发展与无人机技术的未来进步和解锁更多用例密切相关。

无人机交通已经达到一个转折点

从历史上看,准确来说,无人机的概念最早可以追溯到 1839 年,当时奥地利士兵用装满炸药的无人驾驶气球袭击了威尼斯。


现代无人机,也被称为无人驾驶飞行器,在 1982 年开始的重大无人机战争中,第一批例子也是军事性质的。今天无人机的军事用途包括对目标的武器打击,以及干扰通信,寻找敌人的位置,甚至作为假目标防止飞行员丧生。


用于军事用途的无人机发展的进步为商用无人机的发展和增长提供了信息,商用无人机在过去二十年中开始得到更广泛的使用,促使美国联邦航空局 (FAA) 在 2006 年开始要求颁发许可证。过了一段时间,才发放了许多许可证,但到了 2013 年,亚马逊宣布正在试行使用无人机送货的想法,到了 2016 年,联邦航空局发放的许可证达到了数千份。


过去五年标志着无人机技术的一个转折点,越来越多的公司希望制造和销售无人机,还有一些公司将无人机用于各种用途。

无人机送货只是开始

亚马逊是较早进入商业使用无人机送货的企业,这并不令人惊讶,但运送货物只是无人机技术的众多应用之一。


在 2020 年夏天推出亚马逊 Prime Air 无人机送货服务之前,此前中国电子商务公司京东于 2016 年开始使用无人机覆盖中国难以到达地区的客户。2019 年经美国联邦航空局批准,UPS 的 Flight Forward 是有史以来第一个作为商业航空公司运营的无人机服务。澳大利亚和欧洲也有商业无人机送货服务。除了用于向客户交付包裹,无人机还用于仓库,作为更广泛的自主机器人部署的一部分,以帮助扫描库存,特别是难以到达的区域,而无需激光或标记的引导。


在无人机的许多用例中,一个共同优势是,它们可以飞到对人们来说不安全或不容易接近的地方,尤其是在紧急情况下和发生灾难时。无人机现在正用于灾难应对预测。它们热探测功能,可以探测热信号,以引导急救人员前往火灾热点,或者用于搜救,发现遇险人员,即使他们在地震后被困在废墟下。无人机还可以用于向偏远地区或因飓风或洪水等自然灾害而无法到达的地区运送医疗用品。它们还可以在通信基础设施中断时用作临时替代品。


无人机不太引人注目的用途包括农业环境,以减少农民定期检查大片土地上的农作物的需求。无人机可以用于牲畜监控,以发现受伤或失踪的动物,并可以创建三维地形图,以帮助更好地了解土壤质量,并确定营养缺乏或死亡区。无人机甚至可以用于播种、喷洒农作物和监控灌溉。


无论是农业还是任何其他应用,都需要大量电子元件来支持其功能,包括存储器、处理器、电机控制、传感器和网络功能。

视觉和转向依赖于传感器

任何无人机最重要的组件都是传感器,因为它们是精确飞行以及当今许多用例所需的许多功能所必需的。


检测气压的传感器可以使无人机在必要时稳定其高度并悬停,例如在拍摄照片或视频时。对于作物喷洒等应用,压差传感器提供必要的大气数据,以保持一致的速度并均匀喷洒农药。一些无人机传感器是无源的,收集环境中存在的信息,如物体的光反射或空中物体的噪音,包括飞机引擎。


无人机使用的主动式传感器包括雷达,它发射无线电波,并侦听能量的反射,以确定被探测的物体的位置和速度属性。LiDAR 以光为基础,投射激光以反射周围的物体。无人机使用 LiDAR 进行导航,就像自动驾驶汽车一样。其他传感器包括用于拍摄航空照片和录制高分辨率视频的实际相机。


无论何种类型,传感器收集的数据都必须进行存储、处理和通信。随着用例的发展以及复杂性增加,无人机的电子部件变得越来越密集。

无人机正在成为新的自主交通工具

与道路上的现代车辆一样,无人机收集的数据的多样性给存储带来了挑战。大量信息以照片和视频的形式存在,不仅需要在机上存储一段时间,还需要卸载下来进行分析。


无人机需要足够的存储容量,尤其是在收集高分辨率视频时。这种数据存储必须具有安全功能,因为从本质上讲,无人机是一个连接的端点,这意味着它可以在存储或发送数据时被黑客攻击。无人机的智能程度也决定了它需要的存储量。如今的无人机现在能够实时处理他们所看到的和报告的内容,而不仅仅是发送原始数据进行事后分析。一个简单的任务无人机可能只需要一张可取出来的 SD 卡,但一些应用可能需要完整的 SSD。


无人机日益复杂的职责也给内存和处理带来了压力。与物联网设备一样,无人机的用例决定了必要的内存、处理器和显卡规格。NAND 和 NOR 闪存都是机载存储和处理的可行选择,而进行实时人工智能和分析的无人机也需要更低功耗的 DRAM。


无人机收集的任何数据都必须传输到一个中心位置。虽然一些应用可能能够等到着陆后再进行数据传输,但无人机上需要可靠和安全的连接,即使只是为了准确和安全的驾驶。通过 5G 连接将使无人机能够自主导航,并通过在现场近乎实时地处理大量的数据来支持先进的分析和人工智能程序。


与道路上的现代车辆类似,无人机的未来可以将其转变为天空中的小型服务器,作为更广泛的边缘计算基础设施的一部分,可以做出决策并支持关键任务服务和智能城市。