高速ドローンがGPSなしで森林を航行する

香港大学メカトロニクスおよびロボティクスシステム研究所（MaRS LAB）の研究者は、高速ドローンが急速な飛行中にセンチメートル厚の物体を検出できるナビゲーションシステムを紹介しました。このシステムは、先進的なセンサー、軽量のドローンコンポーネント、そして新しいフライトパスフレームワークを組み合わせて、リアルタイムで障害物を回避しながら混雑したエリアを高速で移動します。ここでは、知っておくべきことがあります。

高速ドローンが鳥の飛行を模倣するように設計されている

ドローン技術は過去数年で大幅に改善されてきました。今日のドローンは、前世代よりも遠くまで飛行でき、より重い荷物を運べ、より多くのセンサーをサポートできます。さらに、製造コストも低減され、入手性も向上しています。

しかし、リアルタイムで飛行経路を決定し、予期せぬ変数 such as 枝や他の鳥などを考慮するという点で、ドローンが鳥の能力に匹敵するものはまだありません。ドローンは長距離を飛行し、正確な位置に着陸できます。しかし、これらのデバイスはまだ、事前に決定された飛行経路やGPSなどの外部センシング入力に依存しています。

自動高速度航行が課題となっている理由

今まで、研究者は外部ガイダンスや事前にマッピングされたルートに依存しない自動、高速度ドローン航行を実現する方法を発見できませんでした。問題は、障害物を検出できるようにこれらの航空機にさらに多くのセンサーを追加する必要性から生じます。

さらに多くのセンサーを追加すると、追加されたセンシング入力データを処理するために、より強力なコンピューティング能力が必要になります。コンピューターとセンサーが強力になるほど、ドローンに追加される重量も増え、高速で飛行し、速度を維持する能力が低下します。

幸いなことに、これらの制限は香港大学（HKU）の工学部機械工学科の天才的な研究チームによって克服されたかもしれません。

研究概要：高速ドローンの安全確保ナビゲーション

科学者Yunfan Renとエンジニアチームは、最近、Science Roboticsに「Safety-assured high-speed navigation for MAVs」という論文を発表しました。この研究は、ドローンとマイクロエアビークル（MAV）が外部センシング入力なしでトップスピードで複雑な環境を航行できる次世代の自律飛行技術を紹介しています。

何がSUPERドローンなのか？仕様と特徴

SUPERドローンは、新しいフライトパスシステムを実証するために設計されたコンパクトなMAVです。デバイスは最初から軽量で敏捷性を備えました。コンパクトなフォームファクターと、+5.0の推力重量比と1.5 kgの離陸重量を実現するマイクロコンピュータ要素を備えています。これらの要素により、SUPERは+20メートル毎秒で障害物を回避しながら移動できます。

Source – University of Hong Kong

高速性能のための軽量コンピューティング

SUPERの核心は、センシング入力を監視および計算することができるマイニチュアコンピューターです。軽量ボードにより、航空機は飛行時間を延ばすことができ、前世代よりも能力が向上しました。さらに、フライトコンピューターは、必要に応じてウェイポイント、GPS、およびその他の外部ナビゲーションをサポートできます。

LiDARとセンサーが自律飛行をどのように導くか

オンボードのセンサースイートが、航空機を高性能で様々な条件下で運用できるようにします。ユニットには、+70メートル先から twig のような薄い物体を検出できる軽量3D LiDARセンサーが含まれています。注目すべきは、LiDAR入力がルートに沿って直接ポイントクラウドとして入力されることです。このアプローチにより、フライトパスコンピューターがより迅速に入力と応答を行うことができます。

リアルタイムのフライトパス計画と調整

エンジニアはフライト計画に独自のアプローチを取りました。たとえば、システムは常にスキャンしてフライトパスを更新します。新しいフライトパスコーディネーターは、ドローンのために2つの異なるパスを生成します。最初のパスは最も明確なルートであり、2番目のパスには未知のベクトルがあります。そこから、コンピューターはリアルタイムのデータ入力を使用して、状況に基づいてパターンを調整します。

リアルワールド環境での高速ドローンナビゲーションのテスト

エンジニアは、高速ドローンが予測通りに動作することを確認するために、複数のテストを実施しました。複雑な地形を航行するフライトテストを複数回実施しました。さらに、エンジニアは異なる照明条件、包括して完全な闇まで、センサーの性能がどのように影響を受けるかを確認しました。

興味深いのは、チームがテストの段階で複数の場所を選択したことです。テストサイトは、オフィススペース内から外の密な森まで幅広くなりました。1つのテストでは、デバイスが夜間に森を高速で飛行するように設定されました。このタスクを実行するには、デバイスはリアルタイムで障害物をスキャン、登録、ナビゲートしながら高速で移動する必要がありました。

高速ドローン試験の主要な結果

高速ドローンは、複数のシナリオで自律飛行を達成しました。+20メートル毎秒の速度で複雑な環境をナビゲートすることができました。完璧ではありませんでしたが、システムは新しい方法で飛行失敗率を35倍に削減しました。さらに、フライトパスの設定時間は半分になり、同じテストシナリオでの従来のドローンよりも速く飛行しました。

高度な高速ドローン技術の利点

密な空間を自律的に航行できる高速ドローンには、多くの利点があります。たとえば、機敏性と安全なナビゲーションがミッションの成功に重要なアプリケーションで使用できます。これらのデバイスは、障害物を回避し、コース上に留まるために、分秒の決定を下すことができます。

オンボードインテリジェンスによるドローンプログラミングの簡素化

ドローンの安全なフライトパスを決定することは、常に問題でした。空中交通が増加し、ドローンルートが複雑になるにつれて、フライトパスを作成するにはさらに多くの労力が必要になります。研究で紹介された自律システムは、航空機がリアルタイムでフライトパス変更を行うことができるため、これらの時間を短縮するのに役立つ可能性があります。

高速ドローンの実用的なアプリケーションとタイムライン

機敏な自律MAV（ミニチュアエアビークル）には、多くのアプリケーションがあります。これらのデバイスは、利便性と対応の新たなレベルを開拓するでしょう。緊急チームがこれらのデバイスを使用して生存者を探すことから、ECサイトがパッケージを配達するまで、多くの用途があります。

この高速ドローン技術は、1年以内に実用化される可能性があります。多くの国がドローン市場で世界的プレーヤーになることを目指しています。この技術は、エンジニアがドローンをより賢く、より認識可能にしようとする中、歓迎されることになります。軍事への統合は2年以内に予想され、商業的な割り当ては5年以内に市場に出る予定です。

捜索救助作戦での自律ドローン

これらの自律航空機の重要な用途の1つは、捜索救助作戦を支援することです。これらのデバイスは、災害後の残骸を自律的に探索し、人間の生存者を探すことができます。必要な物資やその他の必要な支援を呼び込むことができ、生存者の位置までドローンで直接配達することもできます。最終的には、概念は直接生存者を安全な場所まで運ぶことができるドローンに拡大する可能性があります。

高速ドローンがドローン配達を革命的に変える可能性

Amazonなどの企業は、ドローン配達を何年も提案しています。しかし、この概念は予想よりもはるかに難しいことが明らかになりました。この最新の開発は、この技術を前進させるのに役立つでしょう。なぜなら、これらのデバイスは、パフォーマンスを最適化するためにフライトパスを調整できるからです。したがって、翌日の配達が通常になる可能性があります。

インフラモニタリングのための自律ドローンの使用

橋、道路、その他の重要なインフラを良好な状態で維持することは、継続的な監視を必要とする巨大なタスクです。自律ドローンの使用により、必要な人件費を削減し、監視を担当する人の能力を向上させることができます。将来的には、ドローンは重要なインフラをスキャンし、検査員に潜在的な危険を通知する前に問題となる可能性があります。

自律ドローンを使用した環境モニタリング

自律ドローンが大きな違いをもたらすもう1つの分野は、環境モニタリングです。これらのシステムは、ルートを自動的に実行し、環境の変更を登録するように設定できます。このアプローチにより、環境保護主義者に新たな認識をもたらし、科学者が地球の健康を追跡するのを助けることもできます。

探査とデータ収集のためのドローンスウォーム

多くの人々が、自律ドローンスウォームを新しい領域を発見してマッピングするための最良の方法の1つと見なしています。このアプローチにより、探検家へのリスクが軽減され、研究者がリアルタイムのデータをレビューして次の最良の行動方針を決定できます。すでに、自律ドローンは、海底のような難しい場所を追跡するために使用されているマッピング業界で重要な役割を果たしています。

高速ドローンの研究者

Yunfan Renは、高速ドローン研究論文の第一著者でした。香港大学（HKU）工学部機械工学科のProfessor Fu Zhangと研究チームのサポートを受けました。

高速ドローンの将来の開発目標

SUPERの範囲、速度、処理能力を改善する競争が始まりました。チームは、SUPERをどのように軽量化し、より敏捷性を高め、飛行時間を延ばし、より重いペイロードを運べるかを検討することになります。さらに、エンジニアは、MAVを小型化し、より多くのシナリオで使用できるようにすることを目指しています。

ドローンセクターへの投資

ドローン市場は、世界中から競争の激しいセクターです。注目すべきは、中国のDJIがドローン市場の最大のシェアを占めています。しかし、多くの企業は、新しい製品やビジネスモデルで業界を覆い尽くす可能性があります。ここでは、成功のために位置付けられている企業の1つを紹介します。

EHang

Ehang (EH )は2014年にドローン業界に参入し、乗客を乗せたドローンを現実のものにしました。同社は、ドローンをツールから信頼できる輸送手段に変えるために、多くの業績を上げてきました。具体的には、世界初の乗客を乗せた自律航空機（AAV）を立ち上げました。

2018年、Ehangは高級パートナーシップと開発契約をいくつか締結しました。注目すべきは、フランスのリヨン市とのエアタクシプロトコルに関する契約と、オーストリアの航空宇宙グループFACCとのパッケージドローンの能力と安全性を向上させるためのパートナーシップが含まれています。

Ehangは、ユニークなビジネスモデルと自律飛行への環境に優しいアプローチにより、ドローン市場でリーダーとなっています。同社は、新しい技術や新興技術に継続的に投資しています。現在、固体電池技術の改善に直接取り組んでいます。これらの要素すべてが、競争の激しいドローン市場でEhangを強力なプレーヤーにします。

最新のEhang（EH）ストックニュースと開発

高速ドローンがスウォーム技術を現実に近づける

高速ドローンは、幅広い分野で画期的な変化をもたらす可能性があります。すでに、第一人称ドローンは、小さくて繊細なドローンが爆発物を搭載して数百万ドル相当の標的を破壊できることを示しています。現在、これらのデバイスは、目標を達成するために最小限の計画で複雑な環境をナビゲートする能力を持ちます。幸いなことに、その目的は、新しいエアフライヤーをドロップオフすることであり、爆弾ではありません。

その他のクールなプロジェクトについては、こちらでご覧ください。

参照論文:

^{1. Yunfan Ren et al., Safety-assured high-speed navigation for MAVs.Sci. Robot.10,eado6187(2025).DOI:10.1126/scirobotics.ado6187}