金属乐队Metallica的欧洲世界无线巡演上周四在哥本哈根的皇家竞技场开幕,15000个座位爆满,最令人惊艳的是,现场有一大群微型机器人在乐队头上飞舞。在乐队完成火爆单曲“Moth Into Flame”之后,数十架微型无人机从舞台上起飞,在舞台上空形成了一个旋转的圆圈。随着音乐响起,越来越多的无人机加入了这个队伍,在空中的造型越来越复杂,最后形成了三个相互交错的圆形。

这是无人机群首次出现在一次重大巡回演出中。跟以前的无人机表演不同的是,这次表演是在室内,并且无人机就在表演者以及演唱会观众的头顶上。无人机在观众身旁飞舞,跟室外无人机相比感觉更亲密。同样的,近身飞行更有利于呈现3D立体效果,这也是金属乐队Metallica想要呈现给观众的360度舞台效果。

在这样一个环境中,飞行的无人机如此接近观众,是一个巨大的挑战。跟室外不一样,室内无人机无法依赖GPS信号,这些信号在室内环境中会严重退化,不能满足自主无人机的导航需求。在高压、现场活动环境中,数十架无人机在接近人群时飞行的安全问题,给他们带来了进一步的挑战。由于在巡回演出中改变演出条件而带来的不确定性,以及无人机系统组件和传感器,包括数百个驱动无人机的马达的变化,是这种无人机演出系统的另一个必要条件。

演出中使用的无人机生产商Verity Studios的创始人Raffaello D’Andrea表示,“安全性和可靠性是摆在首位的。” D’Andrea很清楚他在说什么:之前创立的公司Kiva system,2012年被电子商务巨头亚马逊以7.75亿美元收购了,在那家公司,D’Andrea和他的团队创造了自主仓储机器人,他们可以在仓库中全天候地工作。该公司后来更名为Amazon Robotics,现在一个仓库内最多可运行10000个机器人。

这是如何实现的?

简而言之:Verity Studios的无人机表演系统是一个采用分布式人工智能、机器人技术和复杂算法来实现现场娱乐业所需要的强大性能和安全性的先进演出自动化系统。凭借其在百老汇大约7000次自主飞行的纪录,在398场现场表演中,Verity Studios已经在更大的Stage Flyer无人机上取得成功,它不是这个行业的新兵。

要进行这样的无人机表演需要很多要素,无人机本身只是其中一个方面。Verity的无人机是自主的,由一个人监管,不需要单独控制无人机的动作。相反,操作员只发出诸如“起飞”或“着陆”的高级命令,一次监管多个无人机的运动,并对应对异常状况。换句话说,Verity先进的自动化系统替代了很多人类操作员的角色,对无人机进行标准的远程控制。无人机是飞行机器人,在人类的监管下可以自主导航、自动驾驶。自主无人机的动作及其照明设计由Verity的创意人员编排。

为了实现自主导航,无人机需要一种可靠的方法来确定他们在空中的位置。如上所述,虽然无人机在室外可以使用GPS进行自主导航,但是GPS在室内并不是可行的选项:GPS信号在大型结构(如高层建筑物)附近会产生降级,在室内环境中通常不可用或严重退化。由于退化的GPS可能会导致自主飞行的不可靠或不安全,Verity无人机采用专有的室内定位技术。

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它由一个可靠的室内定位系统和智能自主无人机以及一个合适的操作界面组成,允许Metallica表演的唯一操作员同事控制多个无人机协调运动。这种方法不仅仅能提高效率和效能(谁希望需要几十名操作员在现场),而且也是一项关键的安全要求:操作员出错是许多现场活动中无人机事故的重要原因。随着无人机数量的增加,安全风险迅速增加,导致飞行计划更加复杂,空中相撞的危险也增大。自主控制让操作员更安全地远程控制多个无人机,特别是在很小的空域中操作时。

尽管可能存在其他潜在故障(包括无线干扰,硬件或软件组件故障,断电或恶意中断/黑客攻击),Verity的系统也必须进行安全设计。在百老汇的398次表演中,面临的最大安全挑战是:人为失误。 在百老汇剧院工作人员操作的时候,Verity的系统五次纠正了人为失误,并且阻止了有关无人机的飞行(在这些场合,这个演出持续了六或七架而不是这次的八架无人机,只有一次没有任何无人机作为安全措施,即无人机表演的“正常运行时间”为99.7%)。 正如我和我的同事在最近公布的有关无人机表演最佳实践的概述文件中描述的那样,在现场活动中使用无人机,安全是一项艰巨的任务。

Verity表演创作过程中的另一个关键因素是无人机创作工具。规划像Metallica巡回演唱会那样的演出,需要工具来高效地创建大量的无人机轨迹。这些轨迹必须考虑到无人机的实际飞行动力学,考虑到执行机构的限制,以及空气动力学效应,如空气湍流或升力。由这些工具产生的无人机动作需要无碰撞并允许进行紧急操作。为了创造引人注目的效果,无人机创作工具还需要了解无人机的所有动态性能,这是D’Andrea团队在创建Verity Studios钱就有着丰富经验的另一个领域,因此,作为研究的一部分,在瑞士联邦理工学院的Flying Machine Arena实验室进行。

创造一个引人注目的无人机表演需要的不仅是无人机表演系统本身。为了这次巡演,Verity Studio与世界领先的舞台自动化公司TAIT Towers合作,将无人机融合到舞台上,并解决与此次巡演相关的一系列其他技术挑战。

虽然技术是关键的推动者,但Verity的演出出发点和关键驱动因素是非技术性的。相反,表演是由表演设计者的创意意图驱动的。这包括定义表演无人机在现场表演中的作用,以及确定他们与演出创意概念的视觉和音乐图案的融合。 对于Metallica,无人机的飞行轨迹和照明是由Verity的编舞团队创建的,并结合了Metallica产品团队和乐队的反馈信息。

非常遗憾没能把视频展现给大家,最后在送上几张演唱会现场照片:

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(本文作者Markus Waibel,来源于robohub