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【高速運算應用-學研之星】自主飛行控制系統助力台灣開創智慧型無人機尖端應用

無人機(Drone)或無人駕駛飛行器(UAV)在空中穿梭、偵查,以及遞送物件的應用,已成為熱門話題。其使用情境在GPS導航之下,透過城市三維地圖,點選特定商家,無人機即可依規劃路線,進行採買購物,經由人工智慧(AI)的技術發展,這個趨勢正在加速向你飛奔。在此趨勢下,科技部人工智慧普適中心所屬計畫中,交通大學資工系莊仁輝教授團隊就正在發展Smart Drones之AI平台,並聚焦於智慧飛行控制的應用。

要達成所謂「自主飛行控制系統」的科技應用,需要開發智慧感測(物件辨識、距離估測)、智慧控制(飛控策略學習、路徑規劃),以及智慧模擬(三維建模、AR/VR輔助操控)等三大關鍵技術。該計畫經過兩年多的發展,舉凡自主避障、精準降落、完成飛行任務並安全降落,都已有相當的技術基礎。

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交通大學資工系莊仁輝教授與團隊開發Smart Drones之AI平台,聚焦「自主飛行控制系統」的科技應用

為減少摔機風險與提升學習效率,莊仁輝教授技術團隊建立了一個基於真實環境的模擬飛行環境,使飛手可在此飛行模擬器中,進行更接近真實飛航情境的訓練。

另外,該團隊也開發出一個可以收發體感回饋的體感背心,使飛手可透過氣壓變化感知無人機狀況,並透過電腦模擬和實體無人機,開發完整的測試控制系統。除自動飛行控制外,該計畫並延伸研究精確定位、導航和著陸的控制等技術。

此計劃在模擬環境中完成AI訓練後,即規劃將AI推論轉移到真實無人機上,目前是使用NVIDIA TX2嵌入式系統做為無人機自主飛行控制系統的硬體基礎,並針對模擬環境與真實戶外環境之間的實質差異,從事進一步的研究。

這些技術一部分由地面控制站執行,另一部分則於無人機上進行邊緣計算,展望未來的無人機相關技術均可使用雲端系統來完成佈署。

無人機自主飛控技術均奠基於電腦視覺與人工智慧技術的應用研究,該團隊一些顯著的研究效益包括:

發表10篇國際期刊論文和34篇國際會議論文,包含一份關於深度估算的CVPR論文,該論文在KITTI排行榜上,曾經於2018年佔據世界排名第一名長達8個月之久。
建立世界上第一架無人機擬真飛行模擬器,以結合遙控器、AIRSIM模擬器和VR技術,提供專業和業餘飛手一個不必考慮電量與設備損壞等問題的良好模擬環境,並且能主動收集各種模擬飛行數據。開發遠程觸覺和感應背心(RETASENS)的原型,透過增強和重新映射無人機駕駛的人體感知去察覺無人機的飛行姿態和感測器信號。

莊仁輝教授特別推崇TWCC (Taiwan Computing Cloud)臺灣AI雲的高速運算服務所提供的幫助。此計畫牽涉許多AI模型的建構,使用相當廣泛的AI技術,而該團隊中有三分之一工作都仰賴TWCC平台來進行。使用TWCC服務的好處在於AI學習變成以「小時」,取代過去以「天」為單位來計算的大幅時間節省。

由於深度學習所呈現的使用範例與應用廣受產業界的推崇,透過這個計畫可讓學生有機會使用TWCC的高速運算服務,進一步掌握高階AI技術的使用,未來進入產業界後,更可以立即與產業界對接。因此,從為台灣產業提升AI人才競爭力的觀點而言,TWCC平台的服務的確為台灣下一個產業榮景做出重要的貢獻。

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