香港大学工程团队革新无人机技术微型飞行器实现鸟类般自主飞行

与鸟类能够以惊人的速度和灵活性在未知环境中自由飞行不同，无人机通常依赖外部导航或预先规划的路线。然而，香港大学（港大）工程学院机械工程系张富教授及其研究团队的最新研究取得了突破性进展，使无人机和微型飞行器（MAV）能够更贴近鸟类的飞行能力。

团队开发新型无人机 SUPER LiDAR（Safety-Assured High-Speed Aerial Robot），能够以超过每秒20公尺的速度飞行，并仅依靠机载传感器和运算能力避开细至2.5毫米的障碍物，例如电线或树枝。SUPER机体轻巧，轴距仅280毫米，起飞重量为1.5公斤，展现出极高的灵活性，即使在夜间也能在茂密森林中穿梭，并巧妙地避开细小障碍物。

张教授认为，这项研究改写了无人机领域的发展：「想象一只『机器鸟』在森林中快速穿梭、轻松避开树枝和障碍物，这就像赋予无人机鸟类的反射能力。这是自主飞行技术的重要一步，我们的系统让MAV在复杂环境中，能够实现高速且安全的导航。」 SUPER采用了一种轻量的3D激光雷达（LiDAR）传感器，能够精准扫描远达70公尺外的障碍物并同时计算飞行路径，规划两条不同基准的路径：一条通过探索未知空间来提升速度，另一条则保持在已知的无障碍区域以确保安全。

系统透过直接把LIDAR数据上传云端处理，大幅缩短了运算时间，即使在高速飞行中也能快速作出决策。该技术已在多个实际场景中进行测试，包括古代遗址的自主探索，并在室内和室外环境中均展现出流畅的导航能力。

 该研究论文的第一作者任云帆先生表示：「SUPER的感光能力不受各种光照条件（包括夜间）限制，即使在暗黑并狭窄空间中，仍可灵巧地飞行，为搜索和救援等应用开辟了新的可能性。在这些任务中，每一秒都至关重要。」

研究团队预计，这项创新技术将广泛应用于速递配送、电力线检查、森林监测、自主探索和地图绘制等领域。和现有无人机相比，配备SUPER技术的无人机在搜救任务中可以无分昼夜地穿越倒塌的建筑物或茂密的森林，并能更有效地定位幸存者、评估灾区危险程度及运送救灾物资。

研究成果已发表在《科学·机器人学》（Science Robotics）上，文章标题为“Safety-assured high-speed navigation for MAVs”。

 文章连结：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.ado6187
 实验演示：https://youtu.be/GPHuzG0ANmI?si=hfIFcMye0XX708OX

关于张富教授

张富教授为港大工程学院机械工程系副教授，并兼任港大机电一体化和机械人系统实验室（MaRS LAB）实验室主任。张教授于2011年在中国科技大学取得学士学位，2015年在美国加州大学柏克莱分校取得博士学位。2016年，张教授于香港科技大学担任研究助理教授，并将研究重点转向无人机的设计与控制。自2018年8月起，他加入港大工程学院，担任机械工程系助理教授。张教授研究聚焦在机器人与控制领域，包括无人飞行器设计、导航与控制，以及LiDAR同时定位与及地图构建。

关于研究团队

港大机电一体化和机械人系统实验室（MaRS LAB）致力于推动通用机电整合系统与机器人技术的创新研究，并将相关技术应用于改善人类生活质量与提升工业效能。实验室研究范围广泛，涵盖无人机系统的设计、路径规划与飞行控制技术，以及基于激光雷达的同步定位与地图建构（SLAM）等领域。任云帆先生是MaRS LAB的博士研究生，他的研究重点为空中机器人的自主导航与群体智能。