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原标题：无人机来袭，工业世界就此颠覆？ | 附近期无人机发展动态：微型倾转旋翼无人机、飞行海洋滑翔器、蜻蜓活体微型无人机……

目前企业对空中无人机的研究和应用仅仅是浅尝辄止。在未来的二十年，企业将利用工业无人机监控设备、追踪货物运输，甚至把日用百货送到你家门口。波士顿咨询公司（BCG）估测，到2050年，美国和欧洲地区的工业无人机将超过100万台，每年可以产生价值500亿美元的产品和服务收入。

由于大多数的终端用户企业会把无人机的实际操作和维护移交给第三方，所以比起制造无人机，运营无人机和为终端用户管理无人机数据等服务所产生的价值更大。而且无人机捕获的数据将会帮助终端用户找到更高效的运营模式，从而为其创造价值。在一些行业，无人机可以带来新的商业模式和商机。以农业为例，下一代无人机可以飞过田地、分析条件，识别出需要更多肥料来提高农作物产量的地点。敦豪速递（DHL）、亚马逊和谷歌等公司正在研发无人机以实现自动化送货。保险公司将推出无人机保险项目，并考虑使用无人机检测风暴和自然灾害造成的损害。电信公司可能会出售无人机的数据通信服务来引导无人机，并转播他们收集到的数据。

今天，没有人能够预测出工业无人机全部的应用范围。有些是显而易见的，比如让无人机代替人类去检测海上石油钻塔顶部的机器。但在许多行业领域，企业仍需要去探寻无人机的具体应用。企业可以从一些靠无人机收集更高效的数据入手考虑，以无人机替代现有的收集方法，并考虑一下如何使用这些数据。然后企业可以决定需要多少无人机的专业知识来获取已知的商业收益。现在是企业了解无人机的能力并开始构建无人机策略的时候了。

世界各地的无人机爱好者和军队已经使用空中无人机多年了。如今无人机在各行各业中的应用将更加普遍。装有摄像机的小型无人机被用于检测石油钻塔、监控农田和矿场、检查电信塔。下一代无人机将被派遣到视线范围之外，用于检查数百英里外的输油管道、运送包裹或协助搜索及救援行动。最终，标准尺寸的可自驾货机和客机也将加入无人机行列，这对正在规划下一代产品的航空航天公司具有重要意义。

我们可以看到工业无人机的使用经历了三波浪潮。第一波浪潮是当下正在进行的，是视线范围之内的应用，操作员来操作无人机在视线内运行。第二波将在未来五年内涌现，届时将引入远程应用，比如远洋船舶观测。第三波浪潮将会出现在25年后，到时候标准尺寸的自驾飞机将会被研发出来。

随着企业在欧洲和美国组建起无人机队伍，我们预计到2030年第一波和第二波无人机的数量将快速增加，然后到2050年，增长速度会趋于稳定，整个行业也将建立完善（参阅图1）。

第一波浪潮：视线应用（目前）。工业无人机通常用于检测生产现场和生产设备，帮助测量性能，避免故障的发生。这些无人机只能局限在非常低的空域——通常只有500英尺，还需要操作员来监控和引导。油气生产商利用无人机检查海上平台和炼油厂，避免人类做此类危险的工作。在采矿业，无人机是日常所需的设备，比如用于检测库存。在农业领域，无人机可以用来绘制详细的地图，便于管理农田。电信运营商利用无人机监测输电塔；在传媒和娱乐行业，无人机用于拍摄令人叹为观止的镜头，这些场景在以前是不可能被拍到的。

第二波浪潮：远程监控（未来五年内）。目前大多数国家，包括美国，都只允许无人机在视线范围内运行。但我们预计在未来几年，越来越多的司法管辖区将允许无人机的飞行突破这一限制，从而形成对更大、更复杂的飞行器的需求。一旦技术被证明是安全的，我们预计监管机构将允许远程操作，这样一来，无人机就可能被用于检查数百英里外的输电线、运送邮件和包裹。然而，我们估计无人机运送快递仍会受到限制，估计只能占到快递总量的1%。

第三波浪潮：自驾飞机（未来25年内）。无人机的最前沿形式——自驾飞机——仍是一个遥远的构想。但航空航天公司和航空机构已经开始考虑怎么利用这些无人机工作了。这项提前了20年的计划，既反映出航空航天行业产品周期长的特性，又体现了这些挑战的规模和难度。比如，自驾飞机需要绝对可靠的远程无线数据通信。我们希望自驾汽车和卡车的发展将有助于改善自驾飞机所需的技术，并提高消费者对该类产品的接受度。

随着无人机的飞速普及，其价值也将迅速从无人机制造商那里转移到了与无人机相关的服务供应商身上。这一转变包括将无人机业务外包给其他公司的无人机运营商和可以分析无人机大数据流的公司（参阅图2）。电信运营商也在其中：尽管无人机在复杂程度和性能方面都在进步，但我们预计大多数无人机仍是低空飞行，这意味着它们很可能要依赖移动电话网络进行通信，从而扩大对手机服务的需求。此外，软件开发人员也将迎来机遇，比如为无人机飞行创建用户界面和操作系统。系统集成商将有机会帮助公司将无人机数据导入IT系统。

工业无人机也将创造就业机会。最初，需要有无人机运营商提供无人机服务或直接为无人机用户服务。但随着无人机自动化程度的提高，这些岗位的必要性将逐渐降低。对无人机维修工人的需求将会稳步增长，无人机的普及也会为保险、IT咨询以及其他为无人机和无人机用户服务的行业创造就业机会。最近，欧盟“单一欧洲天空飞航管理研究计划(SESAR)”的一份报告描述了工业无人机创造的就业机会和其他经济影响，以及和无人机应用发展相关的各种管理和技术方面的挑战。

企业如何从无人机的使用中获益？为把无人机引进自己的行业，企业应该做什么样的准备？我们从两个角度看待这些问题：无人机如何为使用它们的公司提供新的运营方式，以及无人机如何促进现有业务的增长。

无人机如何带来新的方法和运营模式？在许多行业中，企业可以利用无人机来重新改造工作流程、提高生产力。例如，无人机适用于不断进化的数据模型，用于管理矿井、农场以及能源领域使用的设备。在其他行业，比如保险业，无人机可能带来全新的运营模式。以下是无人机带来新型运营模式的重要案例：

采矿作业。无人机将与物联网传感器搭配使用，对矿山运营进行数字化管理。无人机可以提供有关卡车、矿石和物资进出矿场的数据，从而优化日常运营。它们还可以为矿坑的设计决策提供数据。

农业。在耕种方面，无人机可以完善或替代其他的技术，比如物联网传感器。目前无人机可以用于土地调查和其他的数据采集活动。在将来它们可用于促进精细农业的发展，因为精细农业需要根据不同区域农田状况的数据来更加精准地管理灌溉和农药的使用。最终目的是增加农作物的产量，同时减少昂贵的投入。

能源与公共事业。无人机在降低风险和改进操作方面有着巨大的潜力，所以可以被用来自动检测海上钻井平台和炼油厂、进行预防性维护、避免由于设备故障而产生的高昂损失。对公共事业公司来说，无人机不仅可以更好、更及时地监测输电线和太阳能设备，还可有助于减少盗窃。

保险业：重塑理赔过程。申请和批准理赔的过程既昂贵又费时，而且还很耗费人力。无人机可以帮助改变这一过程。它们前往风暴后被毁的房屋、汽车撞击现场录制视频，收集报告所用的数据。警察仍在测试这一过程的可行性。依靠无人机不仅可以降低理赔过程的成本，还能提高为消费者服务的速度，获得更多的承保数据。

无人机将在哪些方面推动现有业务的发展呢？大规模地使用无人机可以为电信和航空航天等众多行业创造新的需求。

电信业。由于大多数无人机仍将是低空飞行器，因此可以通过蜂窝电话网进行通讯，电信运营商或许可以向无人机操作者售卖数据服务。鉴于潜在的市场规模，为适应无人机的交通模式，即便投资额外的基础设施建设和修改天线都是值得的。

技术供应商。技术供应商有很大的机会能够将无人机发展成一个新的收入来源。比如，云服务的供应商可以针对无人机服务的供应商及其顾客开发新的业务。无人机服务需要操作平台来管理无人机，终端用户也需要数据管理和分析服务。

保险业。无人机需要投保，这就为保险业提供了一个新市场。全自动的无人机将会带来新的承保挑战。

零售业。送货无人机可能成为零售商的发展机遇。自动化运货可能会提高某类产品的销量，例如服装、药品和杂货。

邮政包裹业务。尽管有亚马逊的Prime Air、敦豪速递的Parcelcopter、谷歌的Project Wing等高调的研发项目，但在自动化包裹运输方面仍存在许多问题。目前尚不清楚无人机能否实现最后一英里交货。但它们可以把快递送到投件箱，或是在分配中心帮忙。鉴于有些企业和消费者愿意为顶级的速度和便利支付额外的费用，无人机也可用来提供高品质或快速送货服务。

航空航天与国防。航空航天将会成为无人机的终极前沿。航空航天制造商应继续审视自己的研发产品线，评估推出自驾飞机的重要性。他们还应该与航空公司、货运公司和监管机构进行合作，了解所需的合规应用。对企业而言，另一个需要考虑的因素是，自驾飞机是否会成为主线业务的一部分，亦或是一个需要在能力方面进行根本性改变的独立业务。

各类企业都应该考虑无人机对自己的业务和竞争环境所产生的意义。领导者应该考虑采取以下几步：

确定无人机可以采集的信息种类。除了确定无人机可以采集的信息种类之外，企业还应该找出无人机在哪些领域比员工或其他技术做得更好、更有效。

评估潜在的投资收益。了解无人机投资的潜在财务和战略回报有助于企业确定他们是利用内部能力完成无人机的工作还是要外包。

与监管机构接触。如果无人机对一个企业的未来很重要，那么该企业可能希望通过鼓励有关部门建立飞行控制系统、支持相关的安全法规来促进工业无人机的发展。

无人机进军工业是一个令人兴奋的发展。工业无人机是一种非凡的工具，它结合了类似物联网的数据收集能力和几乎无限的移动能力。不久，无人机将会被允许运输物体。我们才刚刚开始了解，企业该如何利用这种强大的才智组合使其更有效地发挥作用，甚至找到了全新的运营方式。如今，企业应该尽可能地观察学习，以确定自己是否需要引领潮流的前沿。

美国陆军研究实验室(ARL)目前已经研制出了一个微型倾转旋翼无人机系统原型，目前正在进行试验。该无人机重约300g，可像直升机一样起飞和悬停，亦可向固定翼飞机一样加速飞行。该机将只配备机载照相机作为任务载荷，设计用于低空ISR任务，以便为地面士兵提供周边战场态势和敌方兵力情况。为实现自主飞行，该机最终将会集成计算机视觉技术进行环境感知，探测墙壁、规避障碍等，并可在收集态势数据时根据任务环境自行寻找合适的落脚点停留。

美国外交学者网站7月18日报道称，据中方媒体报道，中国航天科技集团最新研发、性能最强的攻击和侦察无人机“彩虹”-5无人机已经为量产做好准备。

报道称，据“彩虹”系列无人机的总工程师石文表示，“彩虹”-5无人机和美国生产的MQ-9“死神”无人机一样好。不过有人猜测，与美国生产的“捕食者”无人机或“死神”无人机相比，“彩虹”-5的发动机要弱得多，导致其与美国的型号相比航程和速度会弱一些。与西方的无人机相比，中国的无人机（包括“翼龙”-2在内）在侦察和整体续航能力方面有差距。

报道称，作为一款中空长航时无人机，据说“彩虹”-5无人机的翼展长达21米，可承载高达1200千克的有效载荷——载重能力是以前的“彩虹”系列战斗无人机的2.6倍。总体而言，“彩虹”-5无人机可以携带多达16件空对地武器，包括“蓝箭”-7激光制导空对地导弹，“TG100”激光/INS/GPS制导炸弹，以及AR-1/HJ-10反坦克导弹。

报道称，据说，“彩虹”-5无人机能和其他战斗无人机配合，执行联合任务。石文曾表示：“另一个优势是，‘彩虹’-5能和之前的型号‘彩虹’-3和‘彩虹’-4进行联合攻击，因为它们能共享相同的数据链接和控制系统。因此，‘彩虹’-3和‘彩虹’-4的现有用户很容易就能让‘彩虹’-5融入他们的无人机网络。”

有报道显示，这款无人机的最大航程为6500公里，最终可以增加到10000公里。据称，其实用升限超过7000米。

另据英国《泰晤士报》网站7月18日报道称，中国已经揭开了到目前为止最致命的“彩虹”-5无人机的面纱。专家说，由中国航天科技集团公司制造、主要向国外出售的这种无人机成本仅为美国“死神”武装无人机的一半，但能力与美国的MQ-9“死神”不相上下。据称，中国每年可以生产不到20架这种无人机。

“彩虹”无人机项目总工程师石文表示，这种无人机升级后的版本滞空时间可达120小时，“把美国的‘捕食者’系列甩在身后”。他还声称，“彩虹”系列的其他无人机已经“在战斗中摧毁了300多个目标”，命中率达到95%。

据说，“彩虹”-5比美国的无人机更容易操作。测试飞行之后，石文表示：“我们将会进行更多次试飞，并可能会进行细微的变动，以满足不同客户的需求。我们相信它将在国内和国际市场上取得成功。”

“彩虹”-5无人机

设计高效计算机芯片的方法可能会让微型智能无人机飞上天空

近年来，工程师们致力于研发微型无人机技术，搭建黄蜂大小的飞行原型，并搭载更小的传感器和摄像机。目前，他们已经成功将无人机的几乎每一部分都小型化了，除了无人机的大脑——计算机芯片。

四旋翼无人机和其他类似大小的无人机的标准计算机芯片可以从摄像机和传感器中获取大量数据流，并对这些数据进行解读，从而自动控制无人机的俯仰、速度和轨迹。为了做到这一点，这些计算机要消耗10-30瓦的功率，由电池供电，电池对于黄蜂大小的无人机而言是很大的负荷。

现在，MIT的工程师们已经迈出了第一步，他们设计了一种计算机芯片，这种芯片使用大型无人机计算机的一小部分功能，专门为瓶盖大小的无人机量身定制。他们将于本周在MIT举行的“机器人：科学和系统会议”上提出一种新的方法和设计，他们称之为“Navion”。

该团队由Sertac Karaman和Vivienne Sze带领，前者是MIT航空航天工程1948届职业发展副教授，后者是MIT电气工程和计算机科学学院副教授。他们开发了一种低功耗的算法，同时精简了硬件，创造了一种专门的计算机芯片。

他们工作的关键贡献是提出了一种设计芯片硬件和在芯片上运行的算法的新方法。Sze表示：“传统上，一种算法被设计出来就被扔给了硬件工程师，让他想办法把算法映射到硬件上。但我们发现，通过把设计硬件和算法相结合，我们可以实现更有效的节能。”

Karaman说：“我们发现，这种涉及到硬件和算法协同思考的编程机器人的新方法是减小尺寸的关键。”

这种新型芯片以每秒20帧的速度处理流图像，并自动执行命令来调整无人机在空间中的方向。新型芯片执行所有这些计算，同时功耗低于2瓦——这比目前的无人机嵌入式芯片的效率要高一个数量级。

Karaman说，团队的设计是迈向“最小的智能无人机可以自主飞行”的第一步。他最终设想的是灾难响应和搜救任务，在这些任务中，昆虫大小的无人机会在狭窄的空间中穿梭，检查坍塌的建筑，搜寻被困的人。卡拉曼也预见到了它在 消费电子 产品方面的新用途。

Karaman说：“请设想，购买一款可以与你的手机结合的瓶盖大小的无人机，你可以把它拿出来放在手掌上，你稍微抬起手，它就会感知到，并开始在你四周飞行，为你摄影。然后你再张开手掌，它就会落在你的手中，你可以将视频上传到手机上，并与他人分享。”

Amr Suleiman和Luca Carlone的合作者是研究生Amr Suleiman和Zhengdong Zhang，以及研究科学家Luca Carlone。

目前的小型无人机原型足够小，可以放在一个人的指尖上，而且非常轻，只需要1瓦的电力就可以从地面起飞。相机和传感器则还需要0.5瓦。

Karaman说：“缺少的部分是计算机，我们不能让它们适应这种大小和能耗。我们需要将计算机小型化，并降低其功耗。”

团队很快意识到，传统的芯片设计技术可能不会制造出足够小的芯片，并提供小型智能无人机飞行所需要的处理能力。

Sze说：“随着晶体管的规模越来越小，效率和速度都有了提升，但这种速度正在放缓，现在我们必须开发出专门的硬件来提高效率。”

研究人员决定从头开始构建一个专门的芯片，开发数据处理算法，以及用来运行这种算法的硬件，几项工作协同进行。

具体而言，研究人员对现有的一种算法进行了细微的改动，该算法通常用于确定无人机的“自我运动”，或对其在空间中位置进行感知。然后，他们在一片FPGA上实现了不同版本的算法，FPGA是一种非常简单的可编程芯片。为了使这一过程正式化，他们开发了一种称为迭代分裂协同设计的方法，可以在降低功耗和门数量的同时确保足够的精确度。

典型的FPGA由数十万个断开的门组成，研究人员可以按照所需的模式进行连接，以创建专门的计算单元。通过协同设计减少门数，团队选择了一片门数极少的FPGA芯片，从而实现了高效的节能。

Karaman解释说：“如果我们不需要某种特定的逻辑或存储过程，我们就不会使用它们，这样就能节省大量能量。”

每当研究人员调整自我运动算法时，他们就把这个算法版本映射到FPGA的门上，并将芯片连接到 电路板 上。然后，他们从标准无人机数据集里的数据输入到芯片中，标准无人机数据集来自先前由其他人进行并提供在机器人社区中的无人机飞行实验的流图像和加速度计测量数据的累积。

Karaman说：“这些实验也是在运动捕捉室里完成的，所以你精确地知道无人机的位置，我们在事后使用了所有这些信息。”

对于在FPGA芯片上实现的每个版本的算法，研究人员观察了芯片在处理输入数据和估算空间位置时所消耗的电量。

该团队最有效的设计以每秒20帧的速度处理图像，并准确地估算出无人机在空间中的方位，同时消耗低于2瓦的功率。

功率节省部分来自对于存储在芯片中的内存数量的修改。Sze和她的同事发现，他们能够减小算法需要处理的数据量，同时仍然获得相同的结果。因而芯片本身可以存储更少的数据，消耗更少的电能。

Sze说：“在节能方面，存储的代价非常巨大。因为我们要做动态计算，一旦我们收到任何芯片的数据，就要尽可能地进行处理，所以我们可以马上扔掉它，这使得我们可以只使用芯片上极少量的存储空间，无需访问昂贵的片外存储器。”

通过这种方式，团队能够将芯片的存储容量减少到2MB，无需使用片外存储器，而典型的无人机嵌入式计算机芯片使用几GB的片外存储器。

Sze说：“任意一种节能方式，都可以让你减小电池的尺寸，或者延长电池寿命，这是更好的选择。”

今年夏天，该团队将把FPGA芯片安装在无人机上，以测试它在飞行中的性能。最终，该团队计划在专用 集成电路 （ASIC）上实现优化算法，ASIC是一种更专业的硬件平台，可让工程师直接在芯片上设计特定类型的门。

Karaman说：“我们认为我们可以把功耗降低到几百毫瓦，借助这个平台，我们可以进行各种优化，这样可以节省大量电能。”

这项研究得到了空军科学研究处和国家科学基金会的部分支持。

美国海军研发的小型测试版“飞行海洋滑翔器”(英国《新科学家》周刊网站)

英国《新科学家》周刊网站7月5日发表题为《下一代无人机将像鹈鹕一样飞行并潜入海中》的报道称，美国海军正在研发一种能上天能入水的强化版无人机。

这种无人机被称为滑翔机，因为它们可以改变自身浮力，以便能在不需要多少动力的情况下在水中长距离滑行。2009年，一架水下滑翔机在没有再充电的情况下穿越了大西洋。

一架无人机既能在空中也能在海里高效滑行，这并非天方夜谭。华盛顿海军研究实验所的丹·爱德华兹说：“水下滑翔机和飞机的配置非常相似。”

自上世纪90年代以来，水下无人潜航器广泛应用于长时间科学任务中，例如跟踪鲸鱼、监测洋流和观测水下火山。它们也被各国军队广泛使用——美国和中国都拥有庞大的无人潜航器。

以可由飞机投下的现有“飞潜者”水下无人潜航器为基础，美国海军目前正致力于研发“飞行海洋滑翔器”。一种小型测试版本已经成功进行了飞行，全尺寸的无人机计划于明年首飞。这种无人机重约30公斤，将尝试飞行超过150公里，然后降落到水面并转换为潜航器。

爱德华兹说：“这是一种突然的降落。”该团队尝试了像鸭子那样深度很浅的潜入方式，但他们最终选择了鹈鹕式的突降，因为这更不容易损坏无人机。但他说，这会溅起很多水。

然而，飞行和潜航装置的设计考虑大不相同。飞机壳体薄，充满空气，而潜航器则拥有厚厚的水密船体，并为能平衡浮力而载有足够的压舱物。

所以，这种能飞的潜航器将两者进行了融合。当它进入水中时，包括机翼在内的部分机身会充满水，直到其密度足以在深度达200米的水下滑行。

在任务结束时，会有船只对它进行打捞，就像现有的滑翔潜航器那样。

根据设想，一批这种水下潜航器可以在一个地区迅速部署，以寻找一架失事飞机或跟踪漏油事故。美国海军也很有可能利用它们来寻找矿藏和勘测水下障碍物。

爱德华兹说，他们正在寻找让潜入水中的滑翔无人机再次起飞的方法。但要想做到这一点，这种无人机需要有排水能力，就像浮出水面的鲸鱼那样。

来源：综合BCG波士顿咨询、航空工业信息网、参考消息网、OFweek中国高科技门户、新浪科技

编辑：IPRdaily 赵珍  /   校对：IPRdaily   纵横君

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