无人机在国内被玩出了花，以前经常看到无人机群表演灯光秀节目，算是养眼的感受。这一次被浙江大学控制科学与工程学院的微型无人机穿越树林给惊到了，不依赖GPS和网络，无人机会独立计算和思考，轻松避障，穿越茂密的竹林，这是如何做到了呢？比起大规模的空中编队无人机群有什么高超之处呢？

浙大无人机群先进在哪里？

在一片茂密的竹林里，一群微型无人机犹如一群小鸟一样，穿梭自如的飞跃竹林。它们十分灵巧，时而低飞掠过低矮的灌木丛，时而变换队形，高飞躲避竹枝。

这是在复杂环境下群控无人机的一次演练飞行，之所以被国际刊物发表在封面，是因为该项目解决两大难题：一是复杂环境下机器人导航问题，二是集群机器人避障问题。

与我们常见的群控无人机表演节目不同，来自于浙江大学控制科学与工程学院、湖州研究院团队彻底改变了表演型无人机的弱点。以前大规模的空中编队表演，依靠的是卫星定位和轨迹编码，需要地面计算机的支持，一旦出现通讯故障，这些群控飞机就会出现故障，甚至遇到障碍物也容易跌落。

举个例子，2018年5月1日，陕西西安永宁门景区就准备了1374架群控无人机进行表演，以便于创造吉尼斯记录。

但是，由于受到定向干扰，无人机群出现了故障，400架失去控制，最终让表演活动产生遗憾的结果。至于是受GPS信号影响，还是人为干扰不得而知，但是反映出群控无人机的弊端。

所以当浙大的《野外微型飞行机器人集群》一文发布，都被作为封面文章发表在机器人领域的国际顶刊《科学·机器人》，论文的第一作者是浙大控制学院在读博士生周鑫，通讯作者为高飞博士和许超教授。

作为论文的验证机型，10余架手掌大小的无人机，在没有卫星导航支持、动作捕捉系统、远程通信运算或是预先建立环境地图的情况下，轻松实现了群飞协同功能。

据了解，团队研发的微型飞机是利用机载传感器的有限信息实现全部功能的，可以实现自行轨迹的规划，同时满足避障、相互碰撞等要求，意义重大。

比如，之前哀牢山搜救，因为有地磁干扰，GPS出现失灵的情况，如果采用该技术，就能实现低空飞行，主动寻找目标。同样可以在户外科考、救援、运输等领域使用上，当然这需要放大版本。

当然，国产无人机领先品牌的大疆Mavic Air 2已经实现了良好的避障和跟踪功能，10公里通信距离，硬件成本也就135美元，如果集中这样的算法和软件功能，前景可想而知。

之所以，大疆也还没开发群控的协调机群，是因为复杂环境下要实现协同，软件技术上还有很多难题。诸如轨迹优化能力、可拓展性、低成本计算、小型化等，这里就不再扩展来降温了，总之最低成本实现稳定的协同是目标和方向。

借助大自然，仿生学功不可没

其实，在树林里最自由和畅快的就是小鸟和昆虫了，只要向它们学习，也许就能找到一些在丛林中集群穿梭的灵感，毕竟这是它们每天都在做的事情。

在树林里，鸟群不但可以自由飞翔，而且可以轻松找到食物，这也成为了最佳的仿生的目标。

各大科研机构也早就将目光集中在模仿鸟类飞行上，但是，主要集中在动力、外形上，算法上突破不太大。采用仿生原理研发的无人机，虽然可以通过一些措施可以与真实的鸟类达到以假乱真的程度，从而欺骗敌人的雷达和眼睛，但是还十分依赖于卫星导航，一旦受到干扰，就前功尽弃。

德国Festo公司对拍着翅膀飞起来的机器鸟情有独钟，最新机型BionicSwift（仿生飞燕）就非常的灵巧，加上人造羽毛，感觉就是真的飞燕一样。

仿生飞燕只有42克，续航可以达到8分钟，可以通过室内无线导航系统的交互，机器鸟能在定义的空域内以协调的方式自主控制飞行。

虽然是一个发展方向，但是受导航技术的限制还是很大的，也可以说该机型虽然样子和功能上都符合仿生方向，但是最重要的自己思考和导航功能还是缺失的。

浙大团队在研究各种仿生机器人，以及集群飞行器之后，发现解决关键问题是在机器人的轨迹时空规划上：即不仅仅是能够改变轨迹形状，还需要调整时间分布，以最大限度地利用空间。

因为如果只是一条路径，其他飞行器需要等待才能穿越，而同时穿越就需要规划更多的轨迹。这就需要每一架飞行器需要和鸟类一样，具有自己独立的判断系统，比如：感知、定位、规划、控制能力，同时将采集的信息分享出去，从而实现协同。

鸟类在飞跃丛林的时候可以随时调整路径、速度避免碰撞，还可以充分考虑环境因素，滑翔前进。对应地团队设计的视觉惯性里程计，以及多目标时空轨迹联合优化算法，解决了这一难题。

应该说，这是群控机器人的新方向，与仿生外形相比，充分利用仿生性能更是需要长期关注的领域。

总结

欣喜的是最近几年，我国的各大科研院所已经聚焦在无人机仿生学上很长一段时间。西北工业大学团队的新型 “信鸽”仿生飞行器，仿生蝠鲼，“青音“绿色超声速无人机等等都取得了不错的成绩。

随着浙大这一成果的发布，让我们再一次看到仿生学的妙处，也看到了新的思路，祝愿国产无人机发展越来越好。