可從垂直起降（VTOL）轉(zhuǎn)換為固定翼飛行的混合動(dòng)力無人機(jī)在軍事和民用應(yīng)用中都越來越受歡迎。但是，由于這種飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)在飛行過程中會(huì)發(fā)生巨大變化，因此控制這種設(shè)計(jì)非常困難。現(xiàn)在，科學(xué)家正在使用人工智能（AI）來幫助自動(dòng)設(shè)計(jì)任何此類混合動(dòng)力無人機(jī)的遙控器。
固定翼飛機(jī)可以比多旋翼飛機(jī)更高效，從而在類似功率的情況下具有更長的航程，更大的續(xù)航能力和更高的速度。另一方面，多旋翼飛機(jī)不僅可以低速盤旋和飛行，而且還可以在沒有跑道或復(fù)雜的發(fā)射和恢復(fù)裝置的情況下起降。
能夠在固定翼和VTOL飛行之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的混合動(dòng)力飛機(jī)具有兩者的許多優(yōu)點(diǎn)，這使得它們對(duì)于平民來說具有潛在的用處，比如說他們可以在不需要著陸帶的情況下將它們從農(nóng)場(chǎng)上飛下來，就像在軍事上一樣，它們可以以相同的自由度從叢林，山脈，艦船甲板和城市戰(zhàn)場(chǎng)飛出。這些可轉(zhuǎn)換式飛機(jī)種類繁多，例如傾斜式機(jī)翼（裝有螺旋槳的機(jī)翼可在垂直和水平位置之間旋轉(zhuǎn)）和尾座機(jī)，其尾翼起降并著陸，可水平傾斜以向前飛行。
轉(zhuǎn)換演變
自1950年代以來，美國軍方就開始研究可轉(zhuǎn)換飛機(jī)，但是有人駕駛的原型機(jī)經(jīng)常會(huì)遭受機(jī)械復(fù)雜性和其他問題的困擾，例如傾斜機(jī)翼在從一種飛行形式轉(zhuǎn)換為另一種飛行形式時(shí)如何經(jīng)常失速，或者后座保鏢如何顯得笨拙讓飛行員在起飛和降落時(shí)坐在那里。鑒于無人飛行器通常比同等大小的載人飛行器具有更少的機(jī)械復(fù)雜性和有效載荷約束，無人駕駛飛行器（UAV）的出現(xiàn)重新引起了人們對(duì)混合動(dòng)力飛機(jī)的興趣。電動(dòng)機(jī)效率的現(xiàn)代提高和電子組件的日益小型化也使混合動(dòng)力汽車比以往任何時(shí)候都更可行。
然而，遠(yuǎn)程控制混合無人機(jī)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)?？紤]到旋翼和機(jī)翼如何活躍，當(dāng)空氣動(dòng)力學(xué)特別復(fù)雜時(shí)，科學(xué)家通常不僅要為直升機(jī)和飛機(jī)模式開發(fā)控制器，還要為這些模式之間的轉(zhuǎn)換開發(fā)控制器。因此，設(shè)計(jì)混合無人機(jī)的控制器目前需要專家“手動(dòng)調(diào)整數(shù)百個(gè)參數(shù)，”麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位的研究員許潔說。
此外，鑒于各種類型的混合無人機(jī)之間通常存在巨大差異，研究人員通常無法將控制器從一種轉(zhuǎn)移到另一種，因此他們需要從頭開始為每種新型混合無人機(jī)設(shè)計(jì)控制器。所有這些勞動(dòng)強(qiáng)度大，耗時(shí)的工作有助于迄今為止到目前為止僅探索了可能的混合無人機(jī)的一小部分。
人工智能解決方案
現(xiàn)在，Xu和他的同事們已經(jīng)開發(fā)出一種自動(dòng)設(shè)計(jì)混合無人機(jī)的控制器的方法。他們的系統(tǒng)可以為混合動(dòng)力無人機(jī)的所有不同飛行模式設(shè)計(jì)單個(gè)控制器，并且可以應(yīng)用于任何類型的混合動(dòng)力無人機(jī)。
研究人員采用了一種稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的AI系統(tǒng)，其中被稱為“神經(jīng)元”的組件被饋送數(shù)據(jù)并協(xié)作解決諸如識(shí)別人臉的問題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反復(fù)調(diào)整其神經(jīng)元之間的連接，并查看所產(chǎn)生的行為模式是否更能解決問題。隨著時(shí)間的流逝，網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)哪種模式最適合計(jì)算解決方案。然后，它將這些作為默認(rèn)值，模仿人腦中的學(xué)習(xí)過程。
在新系統(tǒng)中，用戶首先通過從數(shù)據(jù)集中選擇組件來設(shè)計(jì)混合無人機(jī)的幾何形狀。然后，系統(tǒng)通過模擬器運(yùn)行該設(shè)計(jì)，以計(jì)算該設(shè)計(jì)的飛行性能。該模擬器考慮了現(xiàn)實(shí)問題，例如隨機(jī)傳感器噪聲和控制信號(hào)延遲。然后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)開始學(xué)習(xí)無人機(jī)的控制器如何在仿真中達(dá)到最佳性能。
研究人員使用激光切割和3D打印技術(shù)制造了三種不同類型的混合無人機(jī)，從而驗(yàn)證了他們的系統(tǒng)，并使用所得的控制器成功進(jìn)行了實(shí)際飛行測(cè)試。“這項(xiàng)工作的最大優(yōu)勢(shì)是加快了混合動(dòng)力無人機(jī)的設(shè)計(jì)過程，” Xu說。“每個(gè)人都可以使用這種新型的無人機(jī)設(shè)計(jì)。”
控制器無需區(qū)分直升機(jī)模式和飛行模式，也無需明確處理模式之間的轉(zhuǎn)換。例如，控制器將純粹根據(jù)其速度自動(dòng)調(diào)整尾槳混合動(dòng)力無人機(jī)的方向，將其設(shè)置為低速時(shí)為直升機(jī)模式，高速時(shí)為飛機(jī)模式。
徐告誡說，該系統(tǒng)目前僅支持簡(jiǎn)單飛行。研究人員計(jì)劃研究增加設(shè)計(jì)可操作性的方法，例如通過轉(zhuǎn)子或機(jī)翼的位置或形狀，以便系統(tǒng)“可以計(jì)算出更為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)”。
研究人員已在軟件開發(fā)平臺(tái)GitHub上公開了其系統(tǒng)的代碼。“我們希望對(duì)這項(xiàng)技術(shù)感興趣的所有人都能共享這項(xiàng)技術(shù)，”徐說。
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