無人直升機(jī)早不是新鮮事，但現(xiàn)在市面上的無人直升機(jī)，第一還得有人遙控，第二大小不超過蜂鳥級(jí)，第三是特制的。

六七噸重的大型非特制普通直升機(jī)，能安上即插即用AI模型包，就能全無人飛行嗎？以前這是不可能的，不過最近西科斯基公司打破了這一記錄。

普通大型直升機(jī)首次成功全自動(dòng)飛行半小時(shí)

北京時(shí)間2022年2月9日，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）宣布，一架搭載了「駕駛艙機(jī)組人員工作自動(dòng)化系統(tǒng)」（ALIAS）的UH-60A型黑鷹直升機(jī)，2月5日在肯塔基州的實(shí)驗(yàn)基地，依靠ALIAS系統(tǒng)完成了長(zhǎng)達(dá)30分鐘的完全無人干預(yù)全自動(dòng)飛行。2月7日又于同一地點(diǎn)執(zhí)行了時(shí)長(zhǎng)稍短的試飛。

時(shí)長(zhǎng)半小時(shí)的全無人試飛，在重逾6.3噸的非特制普通直升機(jī)型上尚屬全球首次。這一試飛標(biāo)志著黑鷹直升機(jī)制造商西科斯基公司與美國(guó)官方價(jià)值1.6億美元的智能直升機(jī)駕駛助手項(xiàng)目的又一里程碑。

按照西科斯基公司負(fù)責(zé)此項(xiàng)目的副總裁依古爾·車?yán)镔e斯基的說法，黑鷹直升機(jī)內(nèi)的「210」開關(guān)標(biāo)記機(jī)內(nèi)有幾名機(jī)組成員，2月5日是該機(jī)型史上首次的開關(guān)撥到0的狀態(tài)。

30分鐘內(nèi)，ALIAS系統(tǒng)順利自主完成了起飛前機(jī)載設(shè)備自檢、起飛、自動(dòng)飛行、自動(dòng)降落等動(dòng)作，全程無事故和故障發(fā)生。

而且操控黑鷹直升機(jī)飛行的ALIAS系統(tǒng)，此次是在高難度軟件模擬環(huán)境下工作。

自動(dòng)駕駛的激光雷達(dá)測(cè)試程序模擬了紐約市復(fù)雜擁擠的低空空域。而ALIAS系統(tǒng)操縱直升機(jī)順利在虛擬環(huán)境中曼哈頓島的摩天大樓窄縫間實(shí)時(shí)穿梭。這相當(dāng)于讓AI駕駛直升機(jī)完成高速越障賽跑，難度可想而知。

ALIAS系統(tǒng)如何做到

大型固定翼飛機(jī)與直升機(jī)的飛行輔助系統(tǒng)已經(jīng)有數(shù)十年歷史，并不新鮮。人盡皆知，很多航班的大型客機(jī)的飛行員只需要在起飛和降落的幾分鐘內(nèi)參與操作。

不過除了起飛、降落之外，應(yīng)對(duì)突發(fā)機(jī)件故障、應(yīng)對(duì)突發(fā)天候變化、復(fù)雜地形飛行等操作也都需要人類駕駛員執(zhí)行，協(xié)助系統(tǒng)并不具備這方面的能力。

而西科斯基公司基于自家的民用版「矩陣」智能直升機(jī)飛行助手程序、為美國(guó)國(guó)防部開發(fā)的ALIAS系統(tǒng)，意在打造一個(gè)「虛擬版智能副飛行員」。讓AI助手在危險(xiǎn)和復(fù)雜的飛行任務(wù)中自動(dòng)做出不干擾人類主飛行員的輔助操作。

2018年西科斯基民用版本智能AI直升機(jī)短距試飛圖

按照西科斯基公司與DARPA的設(shè)計(jì)，ALIAS系統(tǒng)屬于訂制產(chǎn)品，可以調(diào)整后安裝在現(xiàn)有的各型號(hào)飛機(jī)上，也可以隨時(shí)從機(jī)體上移除。這樣就能在不大規(guī)模改造或廢棄現(xiàn)有機(jī)型的低成本前提下，幫助現(xiàn)有機(jī)型實(shí)現(xiàn)高水平的自動(dòng)化，并減少機(jī)組人員數(shù)量。

此外，當(dāng)人類主飛行員因各種原因失去操控能力時(shí)，ALIAS系統(tǒng)也要有短暫的緊急接管操縱能力。所以在必要的駕駛動(dòng)作功能外，ALIAS會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控飛行中的機(jī)身物理性能、電控程序狀態(tài)、航行環(huán)境等數(shù)據(jù)。

在過去的試驗(yàn)性飛行中，DARPA也讓ALIAS模擬了各種飛行中可能出現(xiàn)的緊急突發(fā)狀況，例如駕駛員失能、偏離航線、違反飛航手冊(cè)操作、和機(jī)身系統(tǒng)故障等狀況，ALIAS在模擬中都做出了很好的表現(xiàn)。

為了做到這些要求、適應(yīng)多種場(chǎng)景，ALIAS具備機(jī)器學(xué)習(xí)功能，算法擁有更寬廣的汲取范圍。不僅僅從自身操作飛機(jī)的歷史數(shù)據(jù)、還可以從所操控飛機(jī)的之前全部飛行數(shù)據(jù)記錄中有所習(xí)得。而且它的機(jī)器學(xué)習(xí)是實(shí)時(shí)的，可以邊學(xué)習(xí)邊執(zhí)行，如此才能在各種緊急情況下調(diào)用習(xí)得的選項(xiàng)。

ALIAS有搭載于平板設(shè)備上的人際交互界面，使用者可以用來監(jiān)控詳細(xì)的系統(tǒng)資訊，或是進(jìn)行操作干預(yù)。2021年西科斯基公司就讓美國(guó)的現(xiàn)役軍中飛行員作為預(yù)備的機(jī)上安全駕駛?cè)耍瑔渭冇闷桨灞O(jiān)控，讓ALIAS操縱特制的實(shí)驗(yàn)直升機(jī)完成了短暫全自動(dòng)飛行。

2021年安全飛行員用平板設(shè)備，監(jiān)督ALIAS系統(tǒng)開直升機(jī)的場(chǎng)景

AI開直升機(jī)有多難

大型普通直升機(jī)要完成AI全自動(dòng)駕駛，難度其實(shí)遠(yuǎn)非汽車與大型固定翼飛機(jī)的AI全自動(dòng)駕駛可比。

斯坦福大學(xué)AI實(shí)驗(yàn)室2004年在此領(lǐng)域的著名奠基論文《以強(qiáng)化學(xué)習(xí)達(dá)到直升機(jī)自動(dòng)飛行》，開宗明義就指出了直升機(jī)的氣動(dòng)模型與受力模型遠(yuǎn)比同等大小的固定翼飛機(jī)復(fù)雜：

垂直橫向的螺旋槳提供升力，但產(chǎn)生的扭矩與機(jī)身自體受激發(fā)的扭矩有沖突，易使機(jī)體陷入不可操控的失速晃旋；垂直縱向的螺旋槳為此要用來操控方向、提供穩(wěn)定性，然而又會(huì)讓機(jī)體陷入氣動(dòng)模型與受力的左右不均衡中。

以上只是概述最基礎(chǔ)的大型直升機(jī)飛行物理，而且這些情形在越低空低速的狀況中越突出。因此斯坦福AI實(shí)驗(yàn)室2004年論文的正文最開始幾句話中，描述直升機(jī)飛行操控的形容詞是「高維度、復(fù)雜、不對(duì)稱、高噪音、非線性、動(dòng)態(tài)的…」。

近20年后，西科斯基的軟件工程師們?yōu)榱私鉀Q這些難題，逆向思考：如果讓高復(fù)雜度、大參數(shù)量的高端AI模型完全統(tǒng)包解決這些障礙都不可能的話，那么用低復(fù)雜度、簡(jiǎn)單小體積的低端AI分塊解決，是更可行和更經(jīng)濟(jì)的途徑，也更符合顧客要求，本來美國(guó)政府現(xiàn)在就不指望直升機(jī)秒變終結(jié)者。

所以按制造商承認(rèn)，ALIAS的模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)已定義和可預(yù)測(cè)性高的數(shù)據(jù)依賴更大，對(duì)高端AI大模型常用的預(yù)測(cè)功能反而不太注重。至于具體的代碼流程，屬于美國(guó)官方項(xiàng)目的保密細(xì)節(jié)，現(xiàn)在還沒有在公開論文里公布……

由此生發(fā)出另一個(gè)智能駕駛汽車不會(huì)面臨的難題：航行環(huán)境中會(huì)有不可預(yù)測(cè)、未經(jīng)標(biāo)注的障礙物出現(xiàn)。

畢竟智能汽車們連有高精度標(biāo)記地圖的市區(qū)環(huán)境中都要埋頭猛撞路燈。而電信公司們?cè)谝巴庾孕惺崂淼碾娪嵭盘?hào)高塔常常連地圖上都不及時(shí)標(biāo)注，雖然沒有公布具體事故數(shù)量，但按西科斯基內(nèi)部人士接受采訪時(shí)的口氣，直升機(jī)AI副駕實(shí)驗(yàn)時(shí)頗有幾次「沖塔」碰撞發(fā)生。

元宇宙幫開直升機(jī)？諾格公司要做直升機(jī)AR飛行助手

搞AI直升機(jī)副駕的企業(yè)不止西科斯基一家，諾斯羅普·格魯曼（Northrop Grumman）公司最近也接了美國(guó)政府的訂單，要開發(fā)一款基于AR技術(shù)與AI識(shí)別的智能直升機(jī)飛行助手。

這款智能飛行助手的項(xiàng)目暫名為OCARINA（是Operator and Context Adaptive Reasoning Intuitive Assistant的縮寫），要做到的比完全開飛機(jī)簡(jiǎn)單多了，替代的僅僅是現(xiàn)在直升機(jī)電控系統(tǒng)中的各種警報(bào)與消息提示。

現(xiàn)在直升機(jī)飛行員在遇到突變地物障礙、天候障礙時(shí)，只會(huì)接收到耳機(jī)里與儀表盤上預(yù)錄制的警報(bào)提示聲音與畫面。狀況越緊急、各種提示越繁雜、飛行員越手忙腳亂，最后只好墜落。

OCARINA要做到的，是通過飛行員穿戴的AR頭顯，結(jié)合眼動(dòng)跟蹤、數(shù)據(jù)監(jiān)控等技術(shù)，讓AI助手自行處理能解決的小故障、隱去提示，需要人工手動(dòng)操作的，再在AR視野中以不干擾認(rèn)知的方式提醒飛行員動(dòng)作。

諾格公司的OCARINA概念圖：在從直升機(jī)姿態(tài)無法矯正、到確認(rèn)引擎起火的全過程中，AI擔(dān)負(fù)了大部分判斷，僅提示飛行員做出一次動(dòng)作

盡管現(xiàn)在AI能開了普通直升機(jī)，但這才起步，對(duì)人類飛行員的作用是大有幫助而非大量替代。所以不用復(fù)述終結(jié)者哏啦，安心吧。