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記者9月25日獲悉，西湖大學工學院人工智能系趙世鈺實驗室研發的飛行工具箱（FlyingToolbox）空中協同操作系統，成功攻克多旋翼無人機近距離飛行與高精度操作不可兼得的技術難題。這也是在全球首次實現多旋翼無人機“豎疊飛行”狀態下的高精度工具交換與協同作業，相關研究成果日前在線發表于《自然》期刊。

微小型無人機在低空經濟中扮演著重要角色，它們既可以單飛，也可以群舞。但兩架多旋翼無人機幾乎無法像“疊羅漢”一樣上下疊飛。“這是由于兩架多旋翼無人機疊飛時，位于上方的無人機螺旋槳會向下持續地吹出強烈氣流，也就是下洗氣流。這會嚴重干擾無人機飛行的穩定性。”趙世鈺解釋，這成為多旋翼無人機技術發展的卡點。

研究團隊希望，多旋翼無人機不僅能執行航拍、監測等任務，還能化身為空中作業機器人——它們能代替人類在難以抵達的區域進行作業，進行危險物品抓取與放置、高空建筑清潔、接觸式檢修、空中增材制造等作業任務。

為實現這一目標，最新研發的飛行工具箱系統由工具箱無人機和操作無人機組成。前者可攜帶爪子、剪刀等多種末端執行工具，后者配備可伸展機械臂。在飛行過程中，操作無人機可飛到工具箱無人機上方，自主完成工具拾取、放回等操作，全程無需人工干預。

趙世鈺介紹，為實現無人機高精度對接，團隊設計了三大核心技術模塊。其中，柔性電磁對接裝置通過電磁智能接口與彈性系繩設計，讓無人機對接時產生磁力吸附；氣流擾動估計與補償方法，結合植入于下方無人機的下洗氣流速度場模型，實時預測氣流影響并調整飛行；高精度對接與操作控制技術，通過相機識別二維碼判斷兩機相對距離，下方無人機實時調整旋翼速度，抵消氣流影響，實現精準控制。

實驗數據顯示，兩架多旋翼無人機20次連續對接平均誤差僅0.80厘米。雙機協作可自主完成空中剪彩、抓取放置等動作；三機協作在高動態氣流環境中仍穩定作業。

“這一技術突破有望推動多旋翼無人機在更多高難度場景中替代人類完成復雜任務。”趙世鈺表示。

（西湖大學供圖）