他因無人機墜落錯失深造機會，卻締造了無人機帝國

本文是《環球科學》總編、社長陳宗周先生撰寫的系列專欄「AI傳奇」的第十三回。今年屢次發生的干擾機場事件，將無人機推向了輿論的風口浪尖。無人機是如何一步步走入我們的視野，在不久的將來，它們又將給我們的生活帶來哪些變化？在這一回中，陳宗周先生將為我們回顧無人機的發展史、展望未來趨勢。

陳宗周是《環球科學》雜誌社社長，《電腦報》創始人。

2017年5月12日晚，重慶江北機場兩次受到無人機干擾，共造成40餘航班備降，60餘航班取消，140餘航班延誤，影響的航班共計240個，上萬旅客的出行受到影響。

這不是無人機第一次大鬧機場了。僅在這年春季，西南地區三大機場中的另外兩座——成都雙流機場和昆明長水機場也遭受過大量無人機「黑飛」事件的嚴重困擾。

西南地區重要機場出現如此猖狂黑飛的原因撲朔迷離。利益相關方「陰謀論」的分析開始赫然出現在媒體報道中。由於這樣的無人機黑飛屬於嚴重違法，公安部門已經介入調查，並懸賞舉報。全球著名無人機生產商大疆公司也加入懸賞行列，懸賞金額高達100萬元。大疆還向媒體披露了本公司無人機嚴格的特定區域禁飛限制——機場凈空區域內，GPS等感測器會自動感知禁飛區域，無人機根本無法起飛。

大疆公司對無人機黑飛如此重視，是因為各種黑飛事件都會帶來嚴重後果，甚至影響無人機行業的發展，大疆自身也有深刻教訓。2015年上半年，隨著無人機在全球爆炸性地普及，媒體對黑飛事件的報道也大量湧現，成為全球熱門重大新聞的就有：1月29日飛入白宮， 4月22日墜落日本首相官邸房頂等等。兩年前的這些新聞，責難的矛頭都指向DJI（大疆）公司。大疆迅速改進了飛控系統，對禁止飛入的區域進行了更嚴格的限制。

這類故事折射出一種趨勢，作為移動機器人領域的無人機，今天正在人類社會中產生巨大影響。

無人機發展史

無人機是移動機器人中的一個大家族。無人機（UAV，即Unmanned Aerial Vehicle），是用無線遙控設備或自主控制設備控制飛行的不載人飛機，有固定翼無人機、單旋翼和多旋翼無人機（兩種都稱為直升機）等。按應用領域，無人機分為軍用與民用，軍用無人機有偵察機、察打一體機、靶機等。曾經有一種觀點，認為大多數無人機還不能脫離人的操縱，算不上自主機器人，與AI的聯繫並不密切。但隨著無人機的技術和應用的發展，AI已經一步步融入無人機領域並發揮越來越大的作用。

無人機本身的發展歷史非常悠久，在萊特兄弟第一架飛機飛行之後不到20年，彼得·庫珀（Peter Cooper）和埃爾默·斯佩里（Elmer Sperry）於1917年發明了第一台自動陀螺穩定器，並將美國海軍教練機改裝為首架無人飛行器。不過，這個無人飛行器還不能回收，有去無回，只能作炸彈使用。所以，一般認為英國德?哈維蘭公司20世紀30年代生產的可無線電遙控回收的蜂后無人機，才是第一架真正意義上的無人機。

之後，無人機的主要用途是軍事領域，從第二次世界大戰到目前的反恐軍事行動，無人機越來越多地充當重要角色。上世紀60年代到70年代的越南戰爭中，美軍開始使用無人機完成軍事任務，減少飛行員的傷亡；70年代到80年代的中東戰爭中，以色列成功使用無人機完成偵察和釋放誘餌消耗對方導彈等任務，創造了飛行員零死亡的奇蹟。長期以來，無人機主要軍用、高度保密的特徵使其蒙上了神秘面紗。

軍用無人機多為固定翼無人機，雖然上世紀20年代美國軍方就有四旋翼直升飛機出現，直升機在軍事上也得到大量使用，但旋翼無人機在軍事上的大規模應用實際上還晚於民用。旋翼無人機雖然速度慢，但飛行穩定性、可以懸停、操控性好，上世紀90年代初開始出現在民用領域。無人機民用的條件也在一天天成熟，電子技術的微型化發展，使電子器件變得微小而便宜。比如，無人機飛行必需的裝備GPS系統，剛推出的時候重達到數十磅，現在一塊GPS晶元，只有0.3克；電機和電池也在小型化；同時，非常複雜的飛行控制系統已經能夠安裝在重量一公斤左右的消費級無人機上。2010年，法國Parrot公司推出了第一款消費級四旋翼無人機AR Drones。Drone在英語中是雄蜂和嗡嗡聲的意思，也指無人機。Parrot公司的AR Drones雖然受歡迎，但離大規模普及還有很遠的距離。無人機的神秘面紗最終被揭開、並在消費級民用領域大放異彩，與一位中國人有很大關係。

汪滔與大疆

2006年，一個叫汪滔的年輕人在深圳的居民樓里創辦了一家公司，這就是今天全球聞名遐邇的大疆（DJI）公司。汪滔1980年生於杭州，高中畢業後考入華東師範大學。與一般大學生不同，大三時他沒有繼續讀下去，而是退學想去麻省理工學院、斯坦福大學這樣的世界一流大學。願望雖然沒有實現，但香港科技大學電子與計算機工程學系最後錄取了他。

2005年，汪滔要準備畢業設計課題了，做什麼呢？作為航模愛好者的他，想到了遙控直升飛機的飛控系統。遺憾的是，他和兩位同學的這次畢業設計失敗了，演示時，本應懸停在空中的直升機摔了下來，得了很差的成績C，汪滔失去了去歐美名校深造的機會。

幸運的是，香港科技大學自動化技術中心主任李澤湘看好汪滔和他的方向，這位曾經在麻省理工學院AI實驗室工作過的教授，是機器人專家。李澤湘不但願意擔任汪滔的研究生導師，還支持他邊讀研究生邊在這個領域創業。李澤湘當時還兼任哈爾濱工業大學深圳研究生院特聘教授，他向汪滔引薦了哈工大青年女教師、剛從美國學成歸來的猶他大學機器人專業博士朱曉蕊。朱博士是移動機器人專家，在她的參與和大家的通力合作下，大疆公司的無人機飛控系統有了突破性進展。

汪滔和他的大疆無人機

飛控系統是無人機的大腦，大疆公司的飛控系統起點非常高，把以前很複雜的、需要專業操縱手操作的無人機，變成了幾乎人人都可以操縱的「傻瓜無人機」，這實際上是消費級無人機的一場靜悄悄的革命。

汪滔是喬布斯那樣的完美主義者，他不但要求無人機的性能、製造工藝完美，連包裝、說明書等等也要求完美。2012年，大疆推出了「精靈」（Phantom）四旋翼無人機，成為消費級無人機的標杆，很快風靡世界。

大疆無人機在全球大賣，在西方已經成為聖誕節的重要禮物，還頻頻出現在著名影視節目中，連美國軍方也開始採購大疆無人機，可見其流行程度。大疆無人機在全球消費級無人機市場佔有70%的份額，是中國高科技新國貨的標誌性產品。美國《機器人商業評論》（RBR）評出的2016年度全球最具影響力50家機器人公司中，大疆公司名列第12。

大疆無人機的國際競爭力，在一個典型案例中充分顯現。2016年10月，《福布斯》網站發表文章，講述了美國最有名的無人機公司3D Robotics敗給大疆的悲慘故事。3D Robotics的創辦者克里斯·安德森（Chris Anderson）是美國名人，他是《連線》雜誌的前主編，也是暢銷書《長尾理論》、《新工業革命》等的作者。一般人不知道的是，他還是無人機愛好者，早在2007年就創辦了網上無人機愛好者社區DIY Drone。順理成章，他邀約了另外一位愛好者，兩人在2009年創立了3D Robotics公司。2012年11月，安德森獲得了500萬美元的風險投資，第二年又得到3000萬美元。安德森信心滿滿地宣稱：「正如個人電腦在20世紀70年代誕生和興起，個人無人機也將在這十年里崛起」，「我們正在進入無人機時代」。

安德森認為消費級無人機是一塊幾十億美元的大蛋糕，而他的公司作為美國領軍企業，理所當然會切到最大的一塊。他似乎全然不見大洋彼岸還有中國大疆公司這樣的先行者。這樣的盲目，連員工也稱為「典型的矽谷狂妄自大症」。

與大疆無人機市場較量的無情結果是，安德森燒掉1億美元卻看不到一點希望，無奈於2016年宣布退出無人機市場。

安德森和同事們把失敗的原因歸結為，大疆公司在深圳擁有強大的智能硬體製造垂直產業支撐體系，而3D Robotics卻不具備。這樣的認識只對了一半。大疆公司和其他中國無人機公司的研發能力也同樣出色。截至2016年，大疆在全球已提交專利申請超過1500件，獲得專利授權400多件，實力不凡。2016年3月，大疆推出Phantom4，讓無人機進入機器視覺時代。前視雙攝像頭具備環境障礙物感知功能，基於圖像識別的視覺跟隨系統，能夠實時自主避障，是全球智能視覺無人機的新標杆。

大疆的成功還帶動了一大批中國企業投入無人機產業，形成完整而強大的產業鏈。AI在無人機中的應用，正在一步步深入，而大疆這樣的中國公司，現在和未來都是潮流引領者。

廣闊的應用領域

無人機廣泛用於攝影航拍、影視、新聞、公安、消防、災害救援、遙感測繪、電力、野生動物保護、森林火情監控等領域，而且這份名單還在迅速增加之中。

在農業領域，2015年12月大疆推出智能農業噴洒防治無人機——大疆MG-1農業植保機，藥劑噴洒泵採用高精度智能控制，與飛行速度聯動，可實現定速、定高飛行和定流量噴洒自動作業。其每小時作業量可達40至60畝，效率是人工噴洒的40倍以上。

在電子商務領域，用無人機解決物流問題是一個大膽的設想。2013年亞馬遜提出無人機送貨，讓客戶在下單後的30分鐘內就能收到所購買的物品。新鮮一陣之後，質疑的聲音一浪高過一浪。但亞馬遜仍然堅持前行，2016年12月，在內部測試中，亞馬遜的無人機將一罐爆米花送到客戶手中。2017年4月，亞馬遜又做了無人機送貨的公開表演，把一支防晒霜送到特定地方又返回，一切自動進行，不需要人干預。亞馬遜送貨無人機速度可達每小時60英里（約97千米），飛行高度200~400英尺（約61~122米），送貨往返距離最長20英里，最多可攜帶五磅物品。亞馬遜認為，在農村、郊區甚至城區的屋頂上，無人機送貨都是可行的。亞馬遜的無人送貨甚至還有了競爭對手，Alphabet的X部門（谷歌X實驗室）Wing項目，就在研發無人機送貨，在公開測試中，將炸薯條送到客戶手中。

亞馬遜公司的送貨無人機

中國企業同樣在探索物流領域的無人機應用，挾無人機製造大國的優勢，中國公司發展目標更顯得雄心勃勃。京東商城2016年6月在江蘇宿遷完成了「無人機送貨第一單」，測試用無人機往農村送貨。2017年7月20日，在聯想2017 Tech World大會上，京東CEO劉強東闡述了京東未來物流布局，計劃在四川省興建185個無人機貨運機場，建成後可實現商品在24小時內送到全國任何城市。京東已經建成全球首個無人機調度中心，為無人機常態化運營做保障。據預測，用無人機配送網購商品，將削減70%的配送成本，在擁堵城市和偏遠地區的配送時間將減少80%。幾乎與京東發布信息同時，國內最大的快遞公司順豐宣布大型物流無人機總部基地落戶成都雙流。順豐稱，基地第一階段開展大型物流無人機的相關試驗，第二階段完成四川省內無人機運營網路和基地建設。2020年起，開始向全國複製推廣。

發展趨勢：微型小型化和集群應用

微小型化，是無人機發展趨勢之一。荷蘭代爾夫特理工大學的微型飛行器實驗室正在開發「口袋無人機」，每個無人機僅僅有手掌大小，能飛入室內，在建築物遭到嚴重破壞的情況下幫助救援人員搜索倖存者。而哈佛大學一直在DARPA（美國國防部先進研究計劃局）的資助下研究昆蟲那麼小的微型機器人RoboBee（機器人蜜蜂），哈佛大學的威斯生物工程研究所已經開發出翼展3厘米、重量80毫克並能實時控制的機器人蜜蜂，未來能像昆蟲一樣在農田監測作物生長環境，甚至像真正的蜜蜂一樣為植物授粉，當然也能用于軍事。

無人機的微小型化，為集群應用打下基礎，集群應用是無人機發展的另一趨勢。

2017年2月11日夜晚，廣州農曆雞年元宵音樂會在海心沙廣場舉辦，廣州交響樂團的音樂家們在海心沙廣場舞台演出，當《黃河》交響曲第三樂章旋律響起，一千架挾帶LED絢麗燈光的無人機龐大機群升上夜空。

隨著音樂聲，機群流光溢彩的燈光，在天幕上畫出迎新年的金雞，寫出「2017」和「福」字，組成巨幅中國地圖。最後，「1000」這個數字出現在夜空，這場名為「天幕流星·千機變」的華麗無人機集群表演打破了吉尼斯紀錄。

億航公司的這次無人機表演編隊非常密集，無人機之間的距離只有3~5米，採用高精度的衛星定位，每架無人機都有獨立的IP地址，精確控制飛行動作和隊形。而控制機群的，只有1台電腦。

這類無人機表演只不過是無人機集群應用新趨勢的一次展示。體積小巧、成本低廉的無人機集群，像鳥群一樣在天空自由飛翔，會帶來的應用新場景，幾乎有無窮的想像空間。在軍事上，集群無人機可能會成為戰場上的致命武器。當自組織的集群無人機鋪天蓋地飛來，現有各種武器組成的火力網和防線很難抵擋。美國就曾經從F/A-18戰鬥機上發射了103架小型「Perdix」無人機。這種一次性無人機重量僅幾百克，採用3D列印技術製成，可作為誘餌干擾並定位對方雷達，從而破壞敵方的防空系統。

美國海軍也在開發成本低於導彈的集群無人機。美國海軍陸戰隊的計劃更是雄心勃勃，他們的目標是在陸海空廣泛應用一系列無人機。這些無人機可成為第一波偵察、定位並實施攻擊的重要力量。

中國軍用無人機集群應用同樣引人注目，2016年11月珠海航展上，中國電子科技集團展示了我國首個固定翼無人機集群試驗原型系統，實現了67架規模的集群原理驗證，打破之前由美國海軍保持的50架固定翼無人機集群的世界紀錄。2017年6月，中國電子科技集團再次創造了這一領域的新記錄。試驗中，我國的119架小型固定翼無人機成功演示了密集彈射起飛、空中集結、多目標分組、編隊合圍、集群行動等動作。這標誌智能無人集群應用的又一突破，奠定了我國在該領域的領先地位。智能無人系統專家趙彥傑表示，智能無人集群成為改變遊戲規則的顛覆性力量，將重新定義未來力量的形態

無人機的未來

儘管無人機在民用和軍用領域已經取得如此成就，但未來的前景更為廣闊。清華大學自動控制專家、中國工程院院士吳澄表示：自主無人系統是人工智慧新高潮的產物。美國國防部曾經制訂《2005-2030年無人機系統路線圖》，把無人機的發展分為10個等級。等級從低到高依次是：遙控引導、實施健康故障診斷、自修復與自適應、在線航路重規劃、團隊協調、團隊戰術重規劃、團隊戰術目標、分散式控制、團隊戰略目標、完全自主群體。這一路線圖雖然著眼于軍事用途，但也常用於民用無人機，是衡量無人機發展水平的重要標誌。吳澄院士認為，到2030年，我國無人機將實現全空域、全行業應用覆蓋率達50%，自主能力達到9-10級的目標。這是一個很高的目標，現在美國主要的軍用無人機水平也僅達到3-4級。

要實現無人機全空域、全行業大面積覆蓋，如何管理好漫天飛舞的無人機，是一個很大的難題。事實上，每一架無人機都可以看成是一件致命的武器，這對無人機飛行的有序飛行和安全管理提出很高的要求。2016年1月，美國FAA（聯邦航空管理局）作出很嚴格的規定，凡是重量0.5磅以上無人機的擁有者，都必須進行身份認定。中國民航總局也規定，從2017年6月1日起，250克以上無人機的擁有者都要進行實名登記。這類無人機相關法律制度的不斷制定與完善，是無人機安全管理的必然趨勢。同時，AI也會進一步在無人機飛行管理中起到重要作用。

智能無人機的廣泛使用，是人類社會一次重要進步。將日常生活和工作從二維世界拓展到三維世界，機遇和挑戰同時向我們走來。

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