无人机一直是一个很火的话题，除了一些新奇的玩法之外，我们能否用科学的理论来使无人机为我们未来的生活服务呢？

文章最后的视频是TED Global 机器人实验室的 Raffaello D‘Andrea 团队开发的四轴飞行器，它是根据运动员的竞技模式而开发出来的，视频中显示出其精准的定位和反应能力，以及各个无人机之间相互工作时的高协调性。

视频中提到最多多的就是算法，那么问题来了：

到底怎么设计算法？

据 Raffaello D‘Andrea的描述：

我们用到了一些被称为模型基础的设计，我们首先捕获机械物理行为的数学模型，然后，我们用数学分支叫控制理论，去分析这些模型，合成控制飞行器的算法。比如，这是我们怎样使飞行器悬浮，我们首先用一整套不同的方程式捕获动力学状态，然后我们在控制理论的帮助下，操作这些方程式创造出让飞行器达到稳定的算法

视频中 Raffaello D‘Andrea 有很详尽的展示。

理解物理模型

视频中， Raffaello D‘Andrea是把一个装了水的酒杯放在无人机上展示，为什么无人机飞来飞去，被子没有掉下来？两个原因：第一个是万有引力影响万物，都是在同一个方向上的，第二个是，螺旋桨和水杯都指向了相同的方向，向上。由于有这两个原因，所有在被子上的侧力都被空气力学缩小和控制，飞行器的移动速度就可以忽略不计了。

无人机在有物理损伤情况下的反应

我们都知道四轴无人机至少需要四个螺旋桨发动机才可以保持飞行，视频中 Raffaello D‘Andrea直接把螺旋桨剪下去，留下两个螺旋桨去分析飞行器的数学模型，就发现它可以用非常规的方法飞行。（摇头晃脑，像喝醉了样）

控制机器像运动员翻滚

视频中Raffaello D‘Andrea控制的无人机像跳水运动员一样，精确翻滚三圈，返回原地，精彩至极。整个过程发生的如此之快，实际上，飞行器是在盲目地执行这个动作，我们再利用这些信息修改飞行器的行为。

如何击中移动中的球

我们怎么样使一个机器像一个运动员一样毫不费力的做到呢？视频中的飞行器上面已经捆好了球拍网，拥有苹果大小的最佳击球点，以至于不会太大。接下来的计算是每20毫秒一次，或者每秒50次。我们首先计算，小球将要去哪里，接下来计算飞行器应该怎样迎击小球，以至于它可以向着小球抛出的位置飞出去。第三步，一个抛物线被计算出来了，包含飞行器从它当前状态和能冲击到小球的位置，第四，我们只执行20毫秒对于这个策略，20毫秒之后，整个上面的过程，重复直到飞行器击中了小球

无人机的相互协作

视频中三台无人机相互协作，接住Raffaello D‘Andrea扔过去的小球，又相互合作使小球反弹回到他身边。当运输网全部伸展，这些飞行器是垂直的，实际上，在这个时候，这速度是五倍蹦极的感受。数学模型被用于不断的重复协同策略：50次每秒。

当人类与无人机深度合作

利用手势传感器，我们就拥有了自然的交互方式，利用手势控制飞行器的原始运动能力。交互不见得非得是虚拟的，可以是物理上的，视频中，Raffaello D‘Andrea试着移动无人机到别的地方，但它反抗着，相反还是利用数学模型，评估人类施加在飞行器上的力量，如果我们知道了这个力量，我们就能改变这个物理规定。

文章最后除了附上TED视频之外，另外还有一个小视频，拍摄的是无人机快速升空看到的美景。一起来欣赏吧。

via：雷锋网