「無人機太容易發生碰撞了,」Drones、Data X Conference的創辦人暨連續創業家Philip McNamara指出,我們經常看到,消費者讓一台價值超過1,000美元的無人機飛去撞牆或衝進枝頭。

為可在空中飛行的無人機增添「自主性」(autonomy)——這是讓無人機得以普及的先決條件,McNamara解釋說,它將涉及「大量的工作」,但卻幾乎尚未開始。

20160907 Drone NT31P1 (來源:DJI)

目前致力於於克服無人機自主飛行挑戰的業者包括總部設於中國深圳的無人機與航拍相機製造商——大疆創新(DJI),以及低功耗電腦視覺SoC設計公司Movidius。

Movidius執行長Remi El-Ouazzane表示,「目前,為無人機實現完全自主飛行的進展正持續加速中。」他說,無論無人機是用於寄送包裹或建築物檢測,都必須具備避免碰撞的功能——這在自主飛行時更是至關重要。

為無人機增添自主性的方式之一就是讓它能「看」得到。

今年3月,DJI採用Movidius一款稱為Myriad 2 VPU的視覺處理SoC,發表其新一代的Phantom 4飛行器,它具備了「即時感知與避撞的能力,並可懸停於固定位置而無需GPS訊號。」Movidius指出,這是「業界首次讓先進的視覺引導系統成為消費級無人機的標準功能。」

20160907 Drone NT31P2 DJI Phantom 4航拍飛行器能偵測障礙物並作出避障反應,或在進一步指示以前停止飛行 (來源:DJI)

無人機現在可以感知物體並在其周圍飛行、閃躲阻擋於其前方的人群,以及實現從A點飛到B點的指點飛行(TapFly)功能。這可說是無人機領域的一大創舉,但El-Ouazzane認為,它也只能說是無人機實現完全自主飛行的第一個層次,「未來可以(必須)實現的功能還有很多。」

透過整合快速學習的電腦視覺,無人機能夠做到「標示場景、擷取語義以及最終實現大量基於神經網路的學習功能,」他解釋。例如,無人機可辨識某個特定的人,並且成為他的專屬「飛行攝影師」。

McNamara認為,DJI「可說是無人機領域的領導者。而其他公司只能『緊隨其後,望其項背。』」而Movidius更希望的是與DJI的合作夥伴關係將有助於其真正開啟無人機市場。

這家新創公司首度發現置身於鎂光燈的焦點是在Google為其Project Tango選擇Movidius的晶片之際。這項計畫的任務在於讓應用程式(app)開發人員打造室內導航、3D映射、實體空間量測、擴增實境(AR)以及辨識已知環境等使用者體驗。今年初,Movidius還與Google簽訂了一項新的協議,將擷取自Google資料中心深度學習的超級智慧模型導入行動與穿戴式裝置中。

Movidius執行長El-Ouazzane期望與DJI的合作,能夠有助於讓Movidus在賦予無人機視覺功能的整個產業競賽中遙遙領先。

El-Ouazzane表示,「DJI擁有一支令人讚歎的電腦視覺團隊。當論及為無人機實現自主性時,他們的技術能力可以說已經比其他的無人機業者至少領先一年的時間。」他說:「DJI的睹注就在於無人機的自主性。DJI在無人機領域的成就,就像Tesla在汽車市場一樣。」

Movidius的業務模式

針對這項合作細節,El-Ouazzane表示,「我們為DJI提供了底層視覺處理單元和元件庫(深度追蹤、光流法等),可讓DJI發展其最佳演算法。」他並補充說,DJI已為其無人機開發的電腦視覺演算法就是DJI自家的財產。

藉由與Google、DJI的合作,Movidius只需提供其SDK和視覺處理單元。其目的在於讓這兩家客戶開發自己的電腦視覺演算法。

但Movidius也看好需要為自家應用尋找電腦視覺演算法的客戶,El-Ouazzane表示。在這種情況下,「我們會將自有的電腦視覺演算法授權給他們。」

鎖定無人機設計訂單

無人機正迅速成為英特爾(Intel)與高通(Qualcomm)等晶片巨擘最熱烈追逐的新產品領域。針對無人機領域,英特爾不僅備有RealSense技術,年初還收購了德國無人機公司Ascending Technologies。高通則持續推動其Snapdragon Flight無人機專用平台。

20160907 Drone NT31P4 高通Snapdragon Flight支援GPS、4K與Wi-Fi,專為消費級無人機和機器人應用而設計

去年,DJI揭露其採用制導系統的研究,用於實現一些「獨特的應用,包括上海復旦大學開發的空中解決方案——即採用了英特爾的處理器,從空中偵測非法停放的汽車。」

這是基於英特爾X86的制導系統,Movidius執行長說:「一款超低功耗的電腦視覺系統就好像能夠區別男人與男孩的差別一樣。」他強調,「我們從頭開始打造這款嵌入式電腦視覺SoC,而非採用現有的晶片。」

20160907 Drone NT31P3 RealSense 3D攝影機

Movidius Myriad 2 VPU目前已採用台積電(TSMC)的0.28nm HPC製程技術實現量產。「我們目前還不會在更新的製程幾何下賭注,」Movidius執行長解釋,因為有太多功能都依賴於其視覺處理單元。除了硬體設計,該公司的其他兩項重要支柱是軟體開發工具套件(包括工具鏈),以及機器智慧的發展,這二者佔據Movidius團隊的75%——主要是研發工程師。

20160907 Drone NT31P5 Movidius Myriad 2 VPU採用異質架構,針對視覺處理從頭進行設計 (來源:Movidius)

尚待更多技術進展

從所能實現的功能來看,消費級無人機目前還處於起步階段。

為了持續在市場上取得進展,無人機還必須具備哪些重要功能?McNamara指出,「自動限定功能、360度的可視能力,以及續航力更長的電池。」

首先,「每一台無人機都必須能自動限飛(無人機不應該被容許飛得太接近機場,或者必須被限制在一定的高度飛行),」McNamara說,「但目前的情況並非如此。」

其次,「無人機必須變得更加萬無一失,」他說:「DJI所做的十分重要,但它只能朝著某一個方向前進。」這樣的無人機只有一種前視方向。他解釋說,「例如,當他們倒退飛時,就很容易撞進樹木或其他東西。」

第三,顯而易見的,「電池技術仍然是許多無人機的最大限制因素,」McNamara說。「目前最佳的無人機在實際情況下只能持續20分鐘,飛行員還可能錯讓無人機飛得太遠而缺乏足夠的電池返回。」他並補充說:「燃料電池可能成為未來向前發展的方向,但鋰離子電子技術也在持續進展中。」

無人機還需要做什麼才能變得更聰明以及實現自主飛行?

McNamara認為,「無人機的DMV(即監管單位)」是當務之急。他說,某些無人機必須先被認證為適航後才可飛行。此外,目前還欠缺讓無人機自動執行的「道路條例」或「交通規則」,他強調,「包括Amazon Prime Air和Google X計劃均力推自動可管理所有空中無人機的系統或平台。」

McNamara希望看到無人機都能配備應答器(transponder)。「應該要從較高的層級立法要求每一台無人機都必須配備可由控制器管理的應答器,」他說。這種應答器可以要求無人機讓出航線,或避開另一架更大型的飛機。

自動駕駛車 vs. 自主飛行的無人機

要設計自動駕駛的汽車已經夠困難了,如今,要為無人機增加自主飛行的能力更加困難。

首先,Movidius執行長El-Ouazzane解釋,無人機的功率預算更少,而且還得飛行在極具挑戰的熱環境中。

在開發無人機時,採用一款可承受任何天氣、溫度條件的超低功耗視覺處理器是首要條件。他並補充說,「而且它還必須是低成本的。」

最後,考慮到一般無人機的有效負載和飛行時間,「目前也迫切需要[技術的]小型化,」McNamara說。

20160907 Drone NT31P6 Myriad 2平行處理:最佳化的資料流是實現超低功耗性能的關鍵 (來源:Movidius)

編譯:Susan Hong

(參考原文:Drones' Challenge: Add 'Autonomy' in Flying,by Junko Yoshida)