無人機一直是一個很火的話題，除了一些新奇的玩法之外，我們能否用科學的理論來使無人機為我們未來的生活服務呢？

文章最后的視頻是TED Global 機器人實驗室的 Raffaello D‘Andrea 團隊開發(fā)的四軸飛行器，它是根據(jù)運動員的競技模式而開發(fā)出來的，視頻中顯示出其精準的定位和反應能力，以及各個無人機之間相互工作時的高協(xié)調性。

視頻中提到最多多的就是算法，那么問題來了：

到底怎么設計算法？

據(jù) Raffaello D‘Andrea的描述：

我們用到了一些被稱為模型基礎的設計，我們首先捕獲機械物理行為的數(shù)學模型，然后，我們用數(shù)學分支叫控制理論，去分析這些模型，合成控制飛行器的算法。比如，這是我們怎樣使飛行器懸浮，我們首先用一整套不同的方程式捕獲動力學狀態(tài)，然后我們在控制理論的幫助下，操作這些方程式創(chuàng)造出讓飛行器達到穩(wěn)定的算法

視頻中 Raffaello D‘Andrea 有很詳盡的展示。

理解物理模型

視頻中， Raffaello D‘Andrea是把一個裝了水的酒杯放在無人機上展示，為什么無人機飛來飛去，被子沒有掉下來？兩個原因：第一個是萬有引力影響萬物，都是在同一個方向上的，第二個是，螺旋槳和水杯都指向了相同的方向，向上。由于有這兩個原因，所有在被子上的側力都被空氣力學縮小和控制，飛行器的移動速度就可以忽略不計了。

無人機在有物理損傷情況下的反應

我們都知道四軸無人機至少需要四個螺旋槳發(fā)動機才可以保持飛行，視頻中 Raffaello D‘Andrea直接把螺旋槳剪下去，留下兩個螺旋槳去分析飛行器的數(shù)學模型，就發(fā)現(xiàn)它可以用非常規(guī)的方法飛行。（搖頭晃腦，像喝醉了樣）

控制機器像運動員翻滾

視頻中Raffaello D‘Andrea控制的無人機像跳水運動員一樣，精確翻滾三圈，返回原地，精彩至極。整個過程發(fā)生的如此之快，實際上，飛行器是在盲目地執(zhí)行這個動作，我們再利用這些信息修改飛行器的行為。

如何擊中移動中的球

我們怎么樣使一個機器像一個運動員一樣毫不費力的做到呢？視頻中的飛行器上面已經(jīng)捆好了球拍網(wǎng)，擁有蘋果大小的最佳擊球點，以至于不會太大。接下來的計算是每20毫秒一次，或者每秒50次。我們首先計算，小球將要去哪里，接下來計算飛行器應該怎樣迎擊小球，以至于它可以向著小球拋出的位置飛出去。第三步，一個拋物線被計算出來了，包含飛行器從它當前狀態(tài)和能沖擊到小球的位置，第四，我們只執(zhí)行20毫秒對于這個策略，20毫秒之后，整個上面的過程，重復直到飛行器擊中了小球

無人機的相互協(xié)作

視頻中三臺無人機相互協(xié)作，接住Raffaello D‘Andrea扔過去的小球，又相互合作使小球反彈回到他身邊。當運輸網(wǎng)全部伸展，這些飛行器是垂直的，實際上，在這個時候，這速度是五倍蹦極的感受。數(shù)學模型被用于不斷的重復協(xié)同策略：50次每秒。

當人類與無人機深度合作

利用手勢傳感器，我們就擁有了自然的交互方式，利用手勢控制飛行器的原始運動能力。交互不見得非得是虛擬的，可以是物理上的，視頻中，Raffaello D‘Andrea試著移動無人機到別的地方，但它反抗著，相反還是利用數(shù)學模型，評估人類施加在飛行器上的力量，如果我們知道了這個力量，我們就能改變這個物理規(guī)定。

文章最后除了附上TED視頻之外，另外還有一個小視頻，拍攝的是無人機快速升空看到的美景。一起來欣賞吧。

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