潜在军事价值的“机器鸟” ：自主控制，无需 GPS 与光

在大自然的舞台上，鸟类以其令人惊叹的飞行能力称霸天空。它们能以非凡的速度和敏捷性，在复杂多变的未知环境中自由穿梭，无论是茂密的森林、狭窄的峡谷，还是狂风呼啸的高空，都无法阻挡它们的翱翔。与之形成鲜明对比的是，传统无人机在飞行时，往往如同被线牵引的风筝，依赖于外部的精准导航信号或预先精心规划的路线，一旦脱离这些 “拐杖”，便会迷失方向，难以在复杂环境中大展身手。然而，科技的魅力就在于不断突破边界，改写不可能。如今，一项来自香港大学（港大）工程学院机械工程学系的突破性研究成果，正悄然拉近无人机与鸟类飞行能力之间的巨大鸿沟，为无人机技术的发展开辟出一条全新的赛道。

香港大学的张福教授及其带领的科研团队，历经无数个日夜的艰苦钻研与不懈探索，成功开发出一款堪称革命性的无人机系统 —— 安全保证高速空中机器人（SUPER）。这款无人机的诞生，宛如一颗璀璨新星，在无人机领域中大放异彩，让人们看到了无人机未来发展的无限可能。它以其卓越的性能，实现了每秒超过 20 米的高速飞行，换算下来，速度接近每小时 45 英里，这一速度在无人机领域中堪称佼佼者。更为惊人的是，它仅凭借自身搭载的机载传感器和强大的计算能力，便能在复杂的环境中精准识别并巧妙避开那些纤细如发丝的障碍物，哪怕是直径仅为 2.5 毫米的电线或树枝，也难以成为它飞行途中的阻碍。

SUPER 在设计上追求极致的紧凑与高效，其轴距仅有 280 毫米，起飞重量控制在 1.5 公斤，这般小巧玲珑的身材，却蕴含着巨大的能量。它所展现出的非凡敏捷性，令人啧啧称奇。在漆黑的夜晚，当整个森林被黑暗笼罩，人类的视觉几乎失去作用时，SUPER 却能如入无人之境，在茂密的树林间轻盈穿梭，灵活地避开一根根横七竖八的树枝，仿佛拥有一双能穿透黑暗的 “透视眼”；面对错综复杂的细线，它也能凭借精准的感知与快速的决策，巧妙地侧身而过，不与其发生丝毫碰撞，其飞行技巧之娴熟，丝毫不逊色于在林间嬉戏的鸟儿。

张福教授难掩对这一发明的自豪之情，将其形象地比喻为无人机技术领域的 “游戏规则改变者”。他满怀憧憬地描述道：“想象一下，一只‘机器鸟’在森林中如闪电般快速机动，面对迎面而来的树枝和障碍物，能够毫不费力地以高速巧妙躲避。这不仅仅是一次简单的技术升级，更是自主飞行技术向前迈出的具有里程碑意义的重要一步。我们所研发的 SUPER 系统，赋予了微型飞行器（MAV）在复杂环境中高速导航的能力，使其安全性达到了前所未有的高度。这就如同为无人机注入了鸟类般敏锐的反应能力，让它在向着目标高速冲刺的同时，能够实时洞察周围环境的变化，及时做出精准的躲避动作，极大地拓展了无人机在复杂场景中的应用边界。”

SUPER 之所以能够实现如此卓越的性能，背后离不开硬件与软件的精妙协同和深度融合。在硬件方面，它搭载了轻量级的 3D 光探测和测距（LIDAR）传感器，这个小小的传感器宛如 SUPER 的 “眼睛”，能够发射出一道道看不见的激光束，通过精准测量激光束反射回来的时间，从而精确感知周围环境中物体的距离、形状和位置信息。其探测范围最远可达 70 米，为 SUPER 在飞行过程中提供了广阔的 “视野”，使其能够提前察觉远处潜在的障碍物，为后续的决策和行动争取充足的时间。

而在软件层面，SUPER 配备了一套先进且智能的规划框架，这一框架犹如 SUPER 的 “智慧大脑”，在无人机飞行的每一个瞬间，都在高速运转，进行着复杂的运算和决策。当 SUPER 在空中飞行时，该规划框架会同时生成两条不同的飞行轨迹：一条轨迹侧重于追求速度，它会大胆地引导 SUPER 冒险进入未知的空间区域，以最快的速度朝着目标前进，就像一位勇往直前的探险家，在未知的领域中开辟出一条快速通道；另一条轨迹则将安全置于首位，它会小心翼翼地让 SUPER 始终保持在已知的无障碍区域内飞行，如同一位谨慎的守护者，时刻确保无人机的飞行安全。在飞行过程中，SUPER 会根据 LIDAR 传感器实时反馈的环境信息，以及自身的飞行状态，智能地在这两条轨迹之间进行灵活切换，在速度与安全之间寻找到最佳的平衡点。

此外，SUPER 在数据处理方面也展现出了独特的优势。它摒弃了传统的复杂数据转换流程，创新性地将 LIDAR 数据直接作为点云进行处理。点云数据包含了大量的空间坐标信息，通过对这些信息的快速分析和解读，SUPER 能够在极短的时间内获取周围环境的精确模型。这种直接处理点云数据的方式，极大地缩短了计算时间，让 SUPER 即使在高速飞行的状态下，也能够迅速对不断变化的环境做出反应，及时调整飞行姿态和轨迹，避免与障碍物发生碰撞。

为了验证 SUPER 的实际性能和可靠性，研究团队在多种实际场景中对其进行了严格的测试。其中，对古代遗址的自主探索便是一次极具挑战性的测试任务。古代遗址往往环境复杂，内部布满了各种残垣断壁、狭窄通道以及隐藏在暗处的障碍物。SUPER 在执行这项任务时，充分发挥了其高速飞行和精准避障的优势。它如同一位不知疲倦的考古探险家，在遗址的各个角落自由穿梭，利用搭载的各种传感器，对遗址进行全方位的扫描和数据采集。在整个探索过程中，SUPER 始终保持着稳定的飞行状态，成功避开了一个又一个障碍物，顺利完成了对古代遗址的详细测绘和数据收集工作，为考古研究提供了丰富而准确的资料。这一测试结果充分证明了 SUPER 在复杂环境下的强大适应能力和卓越的导航性能，无论是室内的狭小空间，还是室外的广阔天地，它都能够实现无缝导航，完成各种艰巨的任务。

“能够避开细小障碍物，并在狭小空间内自如穿行，这一独特能力为众多分秒必争的应用场景开辟了全新的可能性。” 该研究论文的主要作者任云帆先生满怀信心地表示。他进一步阐述道：“SUPER 在各种照明条件下，包括伸手不见五指的夜间，都展现出了极高的稳定性和可靠性，这使其成为了一款真正意义上的全天候作业工具。无论是在白天的强光下，还是在夜晚的黑暗中，SUPER 都能始终如一地发挥其出色的性能，为用户提供稳定、高效的服务。”

展望未来，研究团队对 SUPER 技术的应用前景充满了无限遐想。在自主交付领域，SUPER 有望成为快递行业的新宠。想象一下，在未来的某一天，当你在网上下单购买商品后，不再需要漫长地等待快递员送货上门。取而代之的是，配备了 SUPER 技术的无人机，能够以高速穿越城市的高楼大厦，精准地避开各种障碍物，迅速将包裹送到你的手中。无论是偏远的山区，还是交通拥堵的城市中心，都无法阻挡它的脚步，大大提高了快递配送的效率和速度。

在电力线检查方面，SUPER 可以定期沿着电力线路进行高速巡检。它能够快速发现电力线上的细微故障，如松动的电线、破损的绝缘子等，及时为电力部门提供准确的故障信息，以便工作人员进行及时维修，保障电力供应的稳定和安全。与传统的人工巡检方式相比，SUPER 不仅效率更高，而且能够避免工作人员在高空作业时面临的危险，大大提高了电力巡检的安全性和可靠性。

森林监测也是 SUPER 大显身手的重要领域。它可以在茂密的森林中高速飞行，实时监测森林的生态状况，包括树木的生长情况、森林病虫害的发生情况、森林火灾的隐患等。通过对这些数据的及时收集和分析，相关部门能够更好地制定森林保护和管理策略，保护地球的绿色生态屏障。

而在搜救任务中，SUPER 的优势更是无可比拟。当灾难降临，如地震后的倒塌建筑物、洪水淹没的区域或茂密森林中的失联人员搜救，时间就是生命。配备了 SUPER 技术的 MAV 能够昼夜不停地快速穿梭于灾区的复杂环境中，凭借其精准的避障能力和强大的探测设备，比目前的无人机更高效地定位幸存者或评估危险情况。它们可以深入到救援人员难以到达的区域，为救援工作提供关键的信息支持，大大提高了搜救行动的成功率，为挽救生命赢得宝贵的时间。此外，在救灾场景中，SUPER 还可以肩负起运输关键物资的重任，将食品、药品、饮用水等急需物资迅速运送到偏远和交通不便的受灾地区，解决受灾群众的燃眉之急。

SUPER 的诞生，无疑是无人机技术发展历程中的一座重要里程碑。它不仅为解决当前无人机在复杂环境应用中的难题提供了创新的解决方案，更为未来无人机技术的发展指明了新的方向。随着科技的不断进步和创新，我们有理由相信，在不久的将来，SUPER 这样的先进无人机技术将如同雨后春笋般广泛应用于各个领域，为人类的生活和社会的发展带来翻天覆地的变化，让我们一同拭目以待这场由科技驱动的变革浪潮。