无限续航的智能飞行器——光动无人机

近年来，随着我国低空空域逐步开放，旋翼无人机、固定翼无人机等飞行器大量普及，已“飞入寻常百姓家”。无人机具有低成本、易操作、轻便灵活的特点，能够代替人完成智能巡检、灾害预警、智能搜救等各种任务，为我们的生产生活和安全保障带来了极大的便利。

然而，在使用无人机的过程中，经常会遇到一个问题：电量不足。受限于目前化学电池的功率密度，无人机往往只能相对短期持续飞行，难以在复杂耗时的任务中发挥作用，这也限制了无人机的工作效率。举例来说，在智能巡检中，可能会发生无人机电量不足导致的坠毁事件，轻则带来财产损失，重则影响生命安全。为解决此类问题，近日，上海人工智能实验室智能光电中心和西北工业大学光电与智能研究院联合开展了“光动无人机”（Optics-driven Drone, ODD）的研究。该项研究使用高能激光对无人机进行远程供能，利用机载光电转换模块为无人机提供动能，实现了无电池起飞和无线充电。并通过结合智能信号传输与处理技术，实现了远程供能的自主化，使无人机具备了无限续航的能力。

光动无人机的三个技术特点是：智能化、自适应和安全性。首先，在各种复杂任务中，无人机的飞行距离、飞行姿态、所处光照环境都会发生剧烈变化。如何在这些困难的条件下实现稳定精准的目标跟瞄和预测，是整个链路建立的必要前提。为解决此问题，团队提出了面向复杂变化目标的智能跟瞄方法，该方法嵌入了即插即用的通用光照敏感模块和多尺度跟踪模块，具备良好的光照、尺度、旋转鲁棒性，能实现全天时、高精度的智能微小目标跟瞄。其次，在地面至无人机之间的长距离激光供能链路中，大气湍流效应会造成目标附近的光束强度分布不断变化。这种现象降低了能量传输效率，甚至会对光电转换模块造成永久损坏。针对该问题，团队设计了光斑反馈的强化学习方法，提出了一种感算协同的自适应光束赋形技术，能够在远场实现动态、可控的光束强度分布调整，提高长距离激光能量传输链路的有效性和可靠性。最后，高能激光器可能对供能链路中的遮挡物造成损伤。为了确保供能链路的安全，团队提出了激光功率自主调整方法，根据目标反射特征的精准比对和激光传输距离的时序变化曲线识别遮挡物，进而及时地将激光功率调整至安全范围。

光动无人机具有广泛的应用价值。无人机摆脱了续航限制，可以飞得更高更远。光动无人机使用的高能激光，可以实现数十公里的能量传输，有助于无人机开展超大范围巡航，并在高空实现“伪卫星”“人造月亮”等功能。同时，无人机集群的组织也更为便利。通过自主的地对空、一对多无线自主供能，能够支持无人机集群协同任务。由于无需对每架无人机单独换电，光动自主无人机系统的优势和效率将进一步放大。此外，光动无人机未来还有望在物联网、6G通信、电力巡检以及快递运输等领域发挥重大作用。