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无人机还只是“会飞的照相机”?视觉表演、管

更新时间:2019-08-09

  50885顶尖高手主论坛原标题:无人机还只是“会飞的照相机”?视觉表演、管道作业、核电站工作……无人机的市场潜力已经在涌现

  本文刊载于《三联生活周刊》2019年第27期,原文标题《无人机的新疆界》

  本文刊载于《三联生活周刊》2019年第27期,原文标题《无人机的新疆界》

  很难想象,世界上还有“无人机造型师”这样一个职业,而全世界从事这个职业的可能只有寥寥几人。瑞士姑娘蕾雅被认为是第一个定义这项新职业的人。2015年,蕾雅从洛桑艺术大学工业与产品设计学院毕业,一年多以后,她机缘巧合进入了一家做室内无人机表演的公司Verity Studios。来到这里,她才发现,自己的工作是为无人机设计造型。

  “除了能联想到灯罩以外,这是一个完全空白的领域。”蕾雅回忆说。对设计师而言,这既是挑战,也代表着巨大的发挥空间。没有前人的经验,蕾雅自己摸索出了一套为表演用无人机设计服装造型的原则。“最重要的是平衡无人机飞行和舞美设计之间的关系。”她说。

  在苏黎世市区一座吊顶极高的办公室里,蕾雅手里拿着一台长度在20厘米左右的小型无人机向我们解释她是如何为无人机量体裁衣的。那台黑色塑料结构的四轴无人机周身围着一圈红丝带编成的装饰物,看起来像一只小灯笼。在2019年央视春晚上,88只名为Lucie的小无人机飞上了舞台,与77名舞蹈演员和LED屏幕的内容相配合,共同呈现了由孙楠和张杰演唱的歌曲《时间的远方》。

  “当时,春晚剧组已经设计好了这种‘灯笼’的造型,所以我们需要让无人机可以穿上这样的衣服完成表演。”蕾雅对本刊说。为此,她必须在设计的时候考虑“舞台光线”和“飞行速度”这两个重要的影响因素,既配合舞蹈编导,在表演中呈现流动感和梦幻之美,又要保证组件的安全和稳定性,并通过流体力学测试。

  为此,他们花了3个月的时间了解节目内容并设计无人机。最终通过CAD程序绘制了无人机服装图纸,像制作建筑模型那样为无人机“量体裁衣”,并通过他们提前在春晚舞台上布置好的室内GPS系统设定了每一台无人机的飞行路线,完成了表演。

  专业领域的无人机可以根据场景需求设计不同的造型,比如球型无人机很适合进入管道作业

  “全世界只有我们能提供这样的无人机视觉表演服务。”Verity Studios联合创始人兼CEO马库斯·韦贝尔略带骄傲地对本刊说。从2014年成立公司之后,他们已经在全世界20多个国家进行了表演。为了便于测试,他们拥有像剧场一样的办公空间。关上灯,打开音乐,十几台“穿着”流苏丝带装饰的无人机有节奏地依次飞起,在空中按队形变换走位,机身上不同颜色的LED灯随音乐不断闪烁变化,让无人机的形象也随之变化,最终与音乐一起结束于黑暗中。

  Verity Studios创意项目经理比尔·凯斯此前曾服务于著名的太阳马戏团,在他看来,这家公司的独特之处在于他们既是工程师,也是艺术家。“我们有时要用工程师的思维思考如何实现某种艺术效果,同时也要用艺术家的思维思考怎样的表演形式最能吸引观众。”从某种程度上说,这种独特性与专注性成为了Verity Studios这样的瑞士小公司能在中国市场占有一席之地的原因。

  在中国乃至全世界,“大疆”似乎是无人机领域唯一拥有知名度的公司,这要归结于他们在面向大众的消费级无人机市场中占有的极高份额。各种数据显示,大疆在全球消费级无人机市场的占有率超过70%,在中国甚至达到了九成以上。中信证券去年的研报也指出,大疆已成为消费级无人机行业难以撼动的领先者。

  面对这种局面,其他想在无人机市场分一杯羹的参与者必须另辟蹊径。“在中低端及消费级无人机领域,我们也知道来自中国的大疆创新已经成为了难以逾越的巨头,全世界没有其他公司能打败他们,所以我们很清楚,未来的发展方向就是高端产品及各个细分的专业商用领域。”将Verity Studios推荐给中国的瑞士外交部形象委员会市场与公关负责人亚历山大·埃德尔曼对本刊说。

  从类型上看,无人机主要分为消费级和专业级两种。被大疆所统治的消费级无人机特指面向个人消费者、主要开展娱乐与航拍功能的飞行器,通俗来说就是“会飞的照相机”;专业级无人机则通过不同任务系统的加载,被广泛应用于农林植保、警用安防等专业领域。相对于结构稳定的消费级无人机市场,专业级无人机市场仍然被认为是一片蓝海。海外市场研究和咨询机构Tractica在去年则预测:2026年全球商用专业无人机服务市场将由2017年的3.376亿美元(约合人民币23.3亿元)增长到227亿美元(约合人民币1566.86亿元)。

  这样的趋势甚至也让大疆做出了相应的调整。“毫无疑问,无人机行业应用是个巨大的金矿。”大疆总裁罗镇华在年初的一次活动上公开说道。但他同时也坦承,工业规格远比消费电子规格复杂得多,偏偏无人机的行业应用是一个全新的领域,之前完全没有经验可以借鉴。

  在这种环境下,瑞士作为机械制造领域的传统强国,在过去5年诞生了80多家面向各个专业领域的无人机企业,其发展模式与中国颇有不同。“我们当然知道中国在无人机市场的一些领域处于领先地位,比如无人机的制造与生产,而瑞士则在传感分析等核心技术和高端应用领域扮演先锋角色。”瑞士驻华大使罗志谊说。

  在Flyability公司的密闭演示厅里,操作员正盯着手里控制器的屏幕,操控一台球状无人机缓缓飞入管道内,因为其网格状结构内部嵌入了一台4K红外线摄像头,屏幕上随即实时显示出无人机传回来的管道内图像,清晰度基本能满足看清楚管道内是否有裂缝和破损。

  总部设在洛桑的Flyability公司是工业巡检防撞无人机这一细分领域在全球范围内的领跑者,目前服务的工业级客户超过350家,每台巡检无人机的售价都超过了30万元人民币。

  2011年,福岛核电站因地震引发了核泄漏事故,震惊全球。已经拿到哈佛大学机器人工程学硕士并正在洛桑联邦理工学院智能系统实验室攻读博士学位的阿德里安·布里欧德受到了当时救援场景的启发,决定研究出一套机器人方案来代替人类进入复杂危险环境勘察。“福岛核电站事故发生以后,包括欧洲以及美国的很多实验室,都在绞尽脑汁做出一个既能抗辐射,又能在密闭黑暗空间里‘自如行动’,且抗击打能力强的机器人产品。”

  虽然他们在2014年拿出的第一个可在密闭空间自由飞行的机器人成果并不完美,无论是视觉定位还是图像传输都存在一定缺陷,但市场反馈却远超他们预料,不少大型核电厂以及全球化工巨头都对他们的样品产生了兴趣,“可能这些企业也没想到,原来还有这样一种可进入狭窄密闭空间做检测的方法”。

  与企业交流后,布里欧德和他的伙伴们才发现,很多工业企业希望能找到一种两全的解决方案,“除了员工的安全,他们也非常计较停工的损失,很多时候核电厂的一次例行检查,一停一开,可能几十甚至几百万美元就没了”。因此,由需求生成的产品特质也异常清晰——可碰撞,可在完全无GPS信号的管道及其他曲折狭窄空间里可控制地自由移动,定位精度高,图像分辨率高,数据传输稳定。

  于是,在办公楼的地下室,Flyability公司搭建了这个大约30平方米的密闭室内演示厅,里面是一些类似输油管和储油罐的圆形和方形管道,直径在50厘米左右,它们或横向或纵向地摆在屋子里。显然,地下室极其微弱的GPS信号以及阴暗的光线构成了良好的测试基础。

  苍蝇成了启发他们的设计来源。“我们发现这种昆虫经过多年的进化已经非常完美了,由于完全依赖于飞行,他们不会受制于地面的复杂度,只需要担心在飞行过程中的碰撞问题,譬如撞墙或者撞上玻璃。但我们发现,他们并不是撞上就会跌落或者散掉,而是通过前后翅膀的震动调节迅速恢复身体的平衡。”为此,通过仿生学特殊的结构设计和算法支撑,他们解决了飞行稳定性的问题。

  在细节上,他们在观察工人检修时发现,工人们会在观察管壁时把光斜着打到上面,这样才能消除反光的影响,因此他们也采用了类似的设计。“我们的照明与视觉系统都尊重并模仿了人在勘测管道及墙面时的观察习惯。”布里欧德说。

  去年,他们的无人机接受了埃克森能源实验室(Exelon PowerLabs,美国第一大核电厂运营商旗下的实验室)的核辐射考核。这家严格的实验室对这款球状探测无人机进行了数次辐射量不断累加的暴露性测试,最终,在长达10分钟的800雷姆/小时计量的辐射暴露下,其光学相机和无线电控制系统仍可正常工作。

  “我们的无人机在测试中接受的辐射剂量累积值高达180雷姆(1.8 希沃特)以上,这是在美国和法国核电站工作的单个人员年剂量限值的90倍以上。”布里欧德对本刊说。但他同时强调,通常情况下,一旦进入核电站高辐射区域,无人机就不会再被允许飞出。“就像奔赴前线的死士一样,他们在完成任务后身上都带有超高的辐射量,出来会对人产生危害,因此,通常在核电厂,他们完成一次危险任务,就基本不会再出来。”

  目前,超过30%的美国核电站已经成为了他们的客户。“尽管工业无人机的价格不能跟消费级产品相提并论,但很早就已经在这些重工业巨头的可承受范围内。”布里欧德说。这也让他们不需要进入消费级无人机的领域,而是更加聚焦于如何让产品胜任更多工业场景中的高难度任务。

  这也让埃德尔曼一点也不担心Flyability成为瑞士无人机领域的垄断型企业。“专业级无人机需要面对各行各业具体的应用场景,因此就拿瑞士来说,我们这80多家无人机企业几乎做的都是不同的事,这意味着它不会是寡头垄断型的市场格局。”

  因为这种专业性,中国的从业者们也认为无人机在专业应用市场不会出现一家独大的局面。航空工业发展研究中心副总工程师吴强就表示,复杂的工业应用场景对无人机提出了更多技术要求与更高的安全要求,这种长周期和高投入的研发过程决定了专业级无人机无法通过资本运作快速成功。

  在这种节奏下,无人机产业在各个细分方向上逐渐变得完善,比如无人机领域的“安卓系统”PX4开源平台就开发了超过十年时间。2008年的时候,还在苏黎世联邦理工学院(ETH)读硕士的洛伦兹·梅耶尔就开始尝试为无人机搭建开源平台,现在,他所成立的Auterion公司已经成了全球无人机领域最大的软件公司。梅耶尔告诉我,他们公司不生产任何一台无人机,只开发各种无人机相关的平台和软件,比如PX4平台和无人机应用所需的数据分析云平台等等。“仅仅无人机一个产品,其系统的复杂程度与集成的困难程度就远大于人们的想象。坦率地讲,对于技术公司来说,把自己能做的部分做到极致是最好的生存模式。”

  因为这种技术上的专一与互补,目前无人机产业在专业应用方向上也形成了一种极为紧密的联结关系。中国人苏振中留在瑞士做无人机创业也源出于此。他的公司也不生产无人机,而是专门研发无人机所需的精准导航定位技术,通俗来说,这项技术就是让无人机自动落地时的位置不偏离预定地点超过5厘米。

  从他在苏黎世市区的办公地点开车20分钟就到了他的合作伙伴那里,那是一家总部在中国的无人机企业昊翔(Yuneec),他们以制造工业巡检无人机立足。苏振中把自己的技术以合作的形式卖给昊翔,这既能让他的技术有用武之地,也能帮他打开中国市场。

  苏振中现在进行技术展示的环境肯定会让他的国内同行艳羡。他带着我从昊翔在苏黎世郊区的办公楼步行10分钟,穿过两条马路,踏入了一大片油菜花地。苏振中把一枚硬币放在中间的小径上,再把昊翔的无人机中心对准放到硬币上,操控无人机飞上天盘旋一大圈,几分钟后,无人机自动落回到了那枚硬币上。两家公司的员工看到这一结果后一起欢呼了起来,因为几乎每天都要来这里沟通技术应用的情况,苏振中和昊翔的每个员工都很熟了。

  因为采用了苏振中的厘米级精准导航定位技术,昊翔最新的工业巡检无人机已经被福特公司用到了他们位于英国达格南的发动机工厂里。之前需要工人搭脚手架上去检查的40米长龙门式起重机架每查一次就花费12个小时,而现在用无人机只需12分钟。而他们检测所使用的软件服务则来自前面提到的Auterion公司。

  在瑞士无人机产业人员看来,教育与产业的深入结合是他们能够在无人机产业细分方向上有所突破的核心。2016年,还在ETH读博士的苏振中申请到了学校的“先锋学者”计划,当时他还在实验室里做相关的研究,已经有了把这个项目商业化的想法。在申请到了学校的项目支持后,他顺理成章地留在瑞士创业了。一年多时间里,他一共获得了70万美元的各种资金支持,同出于ETH的洛伦兹·梅耶尔也成了他们可以依靠的技术顾问。

  与苏振中一样,登上春晚舞台的Verity Studios同样诞生于ETH,其创始人拉法埃洛·安德雷亚正是ETH动态系统与控制专业的教授。粗略统计一下,瑞士80多家无人机公司中的一大半都脱身于苏黎世联邦理工学院(ETH)或洛桑联邦理工学院(EPFL)。

  官方数据显示,瑞士2015年的研发开支总额超过220亿瑞士法郎,其中30%的资金来源是政府出资。在这220亿中,高校占到所有支出比例的27%。埃德尔曼把这当作是他们在无人机领域取得一定成果的根本,“作为一个资源匮乏、国土面积小的国家,只有坚持创新才能帮助我们在这个领域有立足之地”。返回搜狐,查看更多



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