【電子報#03-01】

與聲光共舞!無人機群飛的奇幻之旅

  今(2019)年屏東燈會邀請到英特爾(Intel)公司演出無人機空中燈光秀,開啟台灣人對無人機表演的認知,而國內也有一支飛行團隊,在無人機領域默默耕耘。「Taiwan Drone 100」無人機群飛團隊近年來積極推動無人機群飛,並參與各大表演活動,對於無人機飛行教育更是投入許多心力,期待能培養出更多飛行好手。

從國外到台灣的Drone Show發展

  絢爛的無人機煙火表演到底從什麼時候開始呢?這種無人機表演的名字稱作「Drone Show」,世界上第一次的Drone Show是在2015年的德國漢堡揭幕,當時英特爾選擇在一個機場跑道上正式公開演出,用100台無人機搭配交響樂團,開創了前所未有的表演型態。至於台灣第一次正式展演則是在2018年於高雄衛武營,現場邀請到匈牙利團隊,以35台無人機演出。

  而首次的無人機3D煙火表演秀,則是在2018年首度亮相,英特爾用了2018台無人機,以360度無死角的完全體,呈現出美麗的地球儀。「Taiwan Drone 100」無人機群飛團隊負責人李志清教授說,雖然無人機的表演已經有相當程度的成長,但國內目前還是只有「Taiwan Drone 100」團隊主要在推動這一塊,尤其是今(2019)年3月底在台南安平大鯨魚的一場Drone Show,更是讓大家認識到「原來國內也有人在做這個」,雖然此次的Drone Show長度只有7分鐘,但籌畫與準備的時間卻長達1年,背後更是幾年來團隊累積的成果。

《▲李志清教授現場示範無人機飛行》

華麗光影背後的硬技術

  「每一秒鐘都在告訴每一台飛機,它們下一秒要飛往哪裡。」即使是為數不多的無人機群飛,也可能因為螺旋槳所造成的氣流、周遭的空氣擾動,或彼此路徑干擾而失敗,並不是在軟體或計算過程中模擬好,將飛行路徑塞進每台無人機的中控電腦後,就可以順利飛行,過程中只要無人機的定位有點小偏差,就會導致後續的演出整體機位偏移。

《▲3/29中科智慧機器人自造基地邀請李志清教授分享無人機群飛的創新應用與技術》

  而室外Drone Show最難也最關鍵的是確保飛機的通訊與定位。為了在中控端即時利用衛星定位,並告訴每台飛機的位置及運動方向,因此必須確保通訊流暢,才能讓每一台飛機時時刻刻都能接收到定位指令,其精確度必須達到「0.05秒」。

室內與室外的Drone Show,最大的不同在於使用技術的差異:室外需要確保的是衛星定位與通訊,而室內則是高速攝影與影像辨識。因為室內GPS訊號無法到達,因此需要依賴高速拍攝並辨識來傳送定位,通常展演場域上方都會有一排環形的高速攝影機,且每一台飛機也會配有2~3顆不等的圓球來當記號,讓辨識系統能明確地抓到每個機位與實際走向。

飛機間的避讓也是很重要的一環,若沒精準的定位與通訊,空出適當的安全間隔,不但會讓表演失序,也可能會危害到健康的機群。李志清分享其經驗:「初期在嘗試的時候,10台還能正常飛行,但到20台時,因為沒使用精確定位技術,就撞了4台下來。」

《▲英特爾在屏東燈會展演時,為了保護設計機密不外流,特別要求台灣主辦方要在機身墜水時,派快艇去把它們撈上來。》

無人機在台灣的發展課題

目前台灣對於無人機的發展還是比較缺乏認識的,除了相應法規、配套措施尚未完善之外,產業側重的發展重心也不同,而飛行技術人員、機體設備及控制技術昂貴的花費,也是無人機的發展障礙。

在2018年英特爾刷新紀錄之前,中國的億航無人機公司其實有先打破在冬奧展演的紀錄,該場總共出動1370台無人機,總花費約為5600萬台幣,出機費用計算約為一台4萬台幣左右,在無人機演出需要高昂花費的情況下,導致許多公司行號缺乏意願找團隊服務,也造成無人機展演的曝光率降低,如此環環相扣的影響下,也造成無人機市場在台灣的發展受限。

滾動開始!無人機推動計畫,從教育開始

「Taiwan Drone 100」 除了研究無人機群飛與開發之外,也推廣無人機教育。希望能透過無人機領域的推動與教育,讓下一代從小接觸,以帶動無人機在台灣蓬勃發展。

《▲對於無人機的教育與推動,應該從小開始接觸。》

  李志清認為,近期DJI發表的TELLO EDU,其實是一款很好的無人機教具,因為飛機本身的安全性高、結構穩固、還有防護罩設計,又能拍照、錄影,並且能夠使用Scratch編寫指令程式,如果不慎失控,其實也能將傷害減到最低,加上價格低廉的優勢,是一款適合讓小朋友學習無人機,此外,美國式的搖桿操縱能讓學習更為直覺,即使不是為了無人機,這也是很好學習空間認知的途徑,同時也期望這個設計能降低無人機的接觸門檻。

目前「Taiwan Drone 100」團隊已成立「無人機教育中心」,希望建立一個培養無人機領域師資的平台,以協助學員訓練,或是提供無人機硬體資源給需要的機構來學習。目前台灣各地都有大學在努力耕耘這個教育中心,包含:南臺科技大學、高苑科技大學、長榮大學、實踐大學、逢甲大學與淡江大學,以期在台灣各地培訓出種子教師。

結語

自古以來,人類都幻想著能有一雙翅膀飛向天際。1903年美國萊特兄弟(Wilbur and Orville Wright)設計出「萊特飛行器」,從無到有,成功打造第一架公認的持續動力飛行器,帶領人類的夢想翱翔在藍色天空。在百餘年後的今日,飛行器定義不再侷限,從笨重的大鐵鳥發展為手掌般大的「無人機飛行器」,只要持續努力的推動、發展,有朝一日必能將無人機推到更遙不可及的巔峰,重現與聲光共舞的感動!