特斯拉和它的竞争对手们以“autopilot”一词来命名它们的半自动驾驶汽车是有原因的:在让机器自行运作上,航空业要远远领先于汽车业。

最新的Airbus、波音飞机和F35喷气歼击机均配备各种各样的先进技术,能够给飞行员带来不小的帮助。但大多数的飞机,不管是民用飞机还是军事飞机,还是依靠人工飞行员来操控操纵杆和踏板。

现在,美国国防部表示,它能够让那些围绕电缆和皮带轮制造的旧式飞机为自动化时代做好准备——机器臂便是解决方案的一部分。

自动驾驶

自动化驾驶将会是二十一世纪航空运输和空战的一个重要特性,但要将其加入现有的飞机并非易事。美国空军还在大量使用波音B-52轰炸机和A-10“疣猪”(Warthogs)。它们几十年前就开始服役了,那时计算机控制还没出现,更不用说平视显示器了。不过它们非常可靠实用,如今都还被使用。

麻省理工学院国际航空运输中心的教授约翰·汉斯曼(John Hansman)指出,“重新购进种种配备自动化功能的新设备的成本实在太高了。”

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因此,DARPA在着手打造改装系统,以让工程师通过在平板电脑上发出指示(然后坐在一旁休息,又或者在陆地上仰望)就能“驾驶”那些旧式的飞机和直升飞机。

正因为此,该部门创立了机组工作驾驶舱内自动化系统(Alias)项目。不同于通常由驾驶员远程操控的军用无人机,DARPA想要的是能够在几乎没有任何人工干预的情况下执行从起飞到降落的任务的技术。

DARPA战术技术办公室项目经理丹尼尔·帕特(Daniel Patt)指出,“DARPA安排的工作表明,这一愿景是切实可行的。”

难点并不在于打造控制飞机的软件,尽管这一点已经足够困难;而是在于找到方法将那种软件装入固定翼飞机和旋翼飞机,使得它能够兼容旧时的机械控制。“这听上去似乎有点落后,但实际上它很合乎逻辑。”帕特说道。

两种解决方案

选择参加DARPA的挑战赛的两家公司Aurora和Sikorsky最近都展示了全然不同、但目前都颇为有效的解决方案。

总部位于弗吉尼亚州马纳萨斯的Aurora将科幻电影《全面回忆》(Total Recall)中的Johnny Cab带到了现实:一个代替肉身的人形机器人。该公司的机器臂能够操控控制元件,其底座放置于副驾驶员的座位。当它对其摄像头进行读取仪表板方面的训练时,它能够像人工飞行员那样阅读刻度盘数据。

Aurora的杰西卡·杜达(Jessica Duda)表示,“如果飞行员丧失能力了,那该机器臂就要变得很能干。我们的愿景是让飞行员更多地担当任务管理者的角色。”在成功控制Diamond DA-42和Cessna Caravan之后,该机械臂及其“眼睛”正在学习驾驶Bell UH-1 Helicopter直升飞机。

Sikorsky也是让飞行员担当飞行规划师的角色,将平板电脑用作人机界面,不过它的系统要复杂一点。洛克希德马丁公司的工程师使用制动器来连接平板电脑软件系统和机械控制系统,他们将制动器安装在机舱地板下面,将其内置于机身的多个不同的检查窗盖。

这种设置不会占用副驾驶员的座位,但相比Aurora的系统,它的部署安装要更加复杂。Sikorsky也使用视觉系统来监控仪表和飞行员的行为。未来,先进的软件将能够解读手势或者诸如双肩前倒的肢体语言,因而会知道什么时候该及时介入飞机的驾驶,提供自动化飞行辅助。

该公司先是让相同的飞行员用同一台平板电脑驾驶F76直升飞机,接着马上在Cessna Caravan飞机上执行另一个任务,由此展示了它的系统的普适性。

简化飞行员工作

目前,教人驾驶Cessna是一个极其漫长的过程,学习者需要接受地面教育和资格认证考试,需要记忆数千页之多的手册资料。未来的飞行员将会没那么辛苦。

“为什么不简化飞行员的工作呢?选一台平板电脑,然后就可以驾驶飞机。”帕特说。

这是一个快速逼近我们的现实。按照该公司的创始人伊戈尔·西科尔斯基(Igor Sikorsky)的设想,未来所有的车库都会有直升飞机。现实状况是,直升飞机驾驶难度大,空域难以管理(再加上成本高昂),破坏了他的梦想。如今,他的公司正在让这一切成为可能。

负责Sikorsky自动化项目的伊戈尔·切雷平斯基(Igor Cherepinsky)指出,“我们将会有数个运作模式,它们将包括带3D地图的‘在这里接我模式’。你只需要点一下屏幕,说出发就可以了。”

在各自的系统被广泛使用之前,两家公司都将需要与美国联邦航空管理局(FAA)和军事机构进行合作。不过它们的系统都是可靠的验证概念,都给想看到没有任何人在里面的B-52轰炸机自动飞行的人带来了希望。