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港大脈衝星無人機可自主導航

By on May 31, 2023

原文刊於信報財經新聞「StartupBeat創科鬥室」

無人機應用範疇廣泛，適用於搜索救援、洞穴勘察，以至建築繪製等領域。香港大學工程學院以自旋運動為研究核心，最新設計一款無人機「脈衝星」（PULSAR），利用動力飛行而不需要驅動雷達傳感。機身更具備感知及建圖等多種功能，恍如科幻電影《普羅米修斯》中，人類利用自旋探測器實時構建洞穴三維地圖的場景。

港大工程學院機械工程系助理教授張富領導的團隊表示，「脈衝星」螺旋槳直徑為37.6厘米，配備微型機載電腦和激光雷達，因其自旋運動及激光雷達光束的掃描模式，與天文學上的脈衝星在直覺上十分相似而命名。這款無人機實現完全自主的感知、建圖、規劃和控制，無論在室內、室外環境，都毋須外部設備輔助；研究成果發表在科學期刊Science Robotics。

無人機螺旋槳直徑37.6厘米，配備激光雷達。（Science Robotics網上圖片）

夜間野外迎風飛行

團隊以「脈衝星」無人機在環境探索及多方向動態避障等進行實驗，顯示它不依賴任何外部設備輔助下，可在未知環境自主導航，實時探測環境中的靜態、動態障礙物；「脈衝星」可在夜間全自動導航，其航行性能不受光照條件影響。此外，在最大風速每秒4.5米的干擾下，仍能維持其懸停位置於小範圍內，在野外環境表現更安全及穩定。

傳感器亦可通過其固有自旋運動，以拓展「脈衝星」的視場大小，提升無人機的感知力及任務效率。拓展傳感器視場主要有兩種方法，其一是採用大視場傳感器，例如魚眼相機、自反射相機或360度激光雷達，缺點是顯著變形、分辨率較低等。其二是同時使用多個傳感器，例如多相機系統或多激光雷達系統，缺點是帶來額外成本及數據處理需時。

「脈衝星」可在未知環境自主導航，實時探測環境障礙物。（港大網上圖片）

最長懸停逾40分鐘

團隊發現，對比相同槳葉面積及載荷的四旋翼無人機，「脈衝星」可節省26.7%能量。由於使用單執行器，脈衝星的動力系統，使整體效率達到每瓦6.65克。以採用41瓦時的小容量電池為例，甚至可卸下激光雷達，安裝更大的槳葉及電池，令「脈衝星」無人機的懸停時間，由12分鐘延至超過40分鐘。

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