亚马逊非常希望在几分钟内将 DVD 和奇多零食送到您的家门口——并且希望使用无人机来实现这一目标。在七月份的美国国家航空航天局 (NASA) 大会上，亚马逊 Prime Air 的副总裁提出了该公司对无人驾驶飞机未来如何安全地在我们的天空中航行的愿景。并且美国国家航空航天局最近开始测试其首个无人机空中交通管理系统版本——该机构正在与包括亚马逊和威瑞森在内的公司合作开发该系统。
目前，法规和技术问题使得大规模无人机送货成为不可能，这意味着今年甚至明年，成群的飞行机器可能都不会为您运送节日礼物。以下是专家指出的在无人机送货成为现实之前需要解决的主要挑战。
感知和避让技术
想象一下，一架送货无人机将您的包裹从配送中心飞行数公里到达您的家门口——技术需要使这次旅行的每一步都安全可靠。最重要的是，无人机必须能够探测到载人飞机、其他无人机和任何其他障碍物（如鸟类和电线）以避免潜在的碰撞。
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无人机的“感知和避让”能力很可能将结合摄像头、雷达和一种名为自动相关监视-广播 (ADS-B) 的监视系统等技术，该系统将有关飞机的位置和速度的数据传输给空中交通管制员和其他飞机。所有这些都应该防止无人机与鸟类或您乘坐的飞机相撞。ADS-B 技术现在已经足够轻便，可以供小型无人机携带，但在空中其他所有人都依赖该系统之前，它的跟踪能力并不是很有用。而这可能要到 2020 年才能实现，届时美国联邦航空管理局 (FAA) 将要求大多数飞机都配备它。
送货无人机不仅需要能够避开高空物体，它们还必须导航到达您家的最后 100 米，这段距离通常会呈现出电线、树木、有线电视天线、建筑物、人群——你能想到的都有的迷宫。这个迷宫的部分区域可能会每天都在变化，这使得无人机的事情变得更加困难——您可能临时竖起了梯子，或者在您的院子里放置了秋千，而这些在上次送货时并不在那里。无人驾驶飞机将需要像火星探测器一样自行解决这些情况。“我们了解到，部署无人机最困难的部分之一，”德克萨斯大学奥斯汀分校航空航天工程副教授托德·汉弗莱斯说，“是赋予它们一定程度的自主性，使其能够在最后几十米的情况变得复杂时做出决定。”
汉弗莱斯说，一种解决方案是无人机可以通过合并来自多个传感器的数据，例如摄像头和 激光雷达（即光探测和测距）来构建您院子的即时 3D 地图。这将允许无人机评估其周围环境并独立决定是否有任何东西挡路。该策略需要相当多的处理能力，但该技术可能很快就可以投入使用。“我认为它已经非常接近了，”汉弗莱斯说。“即使使用智能手机级别的处理器，您也可以实时完成这种 3D 重建。”他的实验室还在研究轻便且廉价的、具有亚分米精度的 GPS，这可以帮助更精确地引导无人机。
功能齐全的感知和避让技术如今已经存在，开发人员已经在真实世界的试验中对其进行了尝试，但它尚不适合实际交付。“问题在于，感知和避让所需的全套仪器太重、太笨重且太昂贵，以至于对于亚马逊无人机来说是不切实际的，”汉弗莱斯解释道。
电池电量不足和过时的法规
无人机送货的另一个巨大障碍是电池寿命。像亚马逊这样的公司希望他们的无人机能够完成长达 32 公里的往返行程以投放包裹，但今天的电池无法持续那么长时间。“用于运送重量小于几磅的负载的小型飞机目前仅限于 15 至 20 分钟的行程，”汉弗莱斯说。“这根本无法满足您想要的往返行程。”供应商可能会提出基于物流而非基于技术的解决方案，例如驾驶货车到附近，然后从那里释放无人机以投放附近的包裹。汉弗莱斯说，使用当前的技术，那些较短的交付是可能的。
但最重要的是，法规对无人机送货构成了最大的障碍。除非获得豁免，否则美国联邦航空管理局实际上禁止商业交付。该机构规定无人机操作员必须将其飞机保持在视线范围内，这显然不适用于像亚马逊 Prime Air 这样的服务。
此外，公司希望使用无人机送货的一个重要原因是，这些机器在很大程度上将人类从等式中排除在外。但由于美国联邦航空管理局要求所有无人机都配备操作员，这使得无人驾驶飞机的吸引力降低。“只有在无人机在没有人员驾驶的情况下运送包裹时，无人机送货才是具有成本效益的，”无人机专家、佩珀代因大学法律与公共政策教授格雷戈里·麦克尼尔说。“而美国联邦航空管理局目前预计每架无人机都将有自己的操作员。这是 1980 年代解决 2015 年代问题的方法。”麦克尼尔说，还有一个问题是美国联邦航空管理局何时会批准感知和避让技术，并且该机构尚未制定法规来建立商业交付的飞行走廊，而这正是亚马逊在最近的美国国家航空航天局大会上提出的。
商业无人机送货还面临许多其他挑战，例如空域权以及无人机将如何应对恶劣天气和躲避试图击落它们的狂热分子——当然，还有隐私问题。但就工程而言，我们离大规模交付成为可行的日子不远了。“我们正处于使用当前技术就能够做到这一点的边缘，”汉弗莱斯说。亚马逊的飞行商品是迟早降落在您家门口——这很大程度上是美国联邦航空管理局的问题。