【深度】完整解密Google无人机计划Project Wing

在澳大利亚Warwick的一个农场外，Neil Parfitt纹丝不动的站着。这时，一个白色小型飞行器划过树梢，体积只比海鸥略大一点儿。它朝着Parfitt滑行，在即将碰到他的一瞬间垂直冲上天空，然后开始在几百英尺的高度上围绕他徘徊。飞行器的腹部挂着一个包裹，一头用细线连在飞行器上，不一会儿包裹开始降落。当包裹即将着地时，它的降速开始变缓，最后轻轻地落在了地面上。包裹落地的整个过程非常稳健，细节考虑的也很到位，在落地的一瞬间甚至没有击起一丝尘土。在细线的末端有一个小型矩形模块，它可以把分享出包裹，然后被飞行器收回，并锁定在飞行器前下方。之后，飞行器打开机翼恢复飞行姿态，回到半英里外的起飞点。Parfitt走到包裹前面，打开它，里面是他要的狗粮。

这是8月中旬在澳大利亚的一次试飞活动，而和它类似的还有另外30个试飞活动，它们都属于一个名叫 Project Wing 的项目——两年前Google X秘密启动的无人机项目。虽然之前就一直有传言称，Google肯定有无人机项目，但是直到最近，官方才正式对外披露了Project Wing，大西洋月刊的记者随后对相关负责人进行了采访。

我们知道时他已离开

Google之前收购了好几家机器人公司，这让他们变得更加雄心勃勃。它不仅仅想要组织全世界的信息，他们更想要组织全世界！

在开发的初始阶段，Google推出了一个不寻常的设计——tail sitter，它是飞机和直升机的混合，在垂直起飞后，还能在水平位置盘旋飞行。对于快递包裹来说，这个设计非常有用，它能让飞行器在原地盘旋，然后利用绞盘把包裹放落在地面上。在绞盘绳索的末端，有一个小型电子设备，Google把它称为“蛋”(egg)，它可以监测到包裹是否已经落地，然后把绳索从包裹上取下，再收回到飞行器上。

Parfitt能够成为该项目的测试用户，也比较偶然。Phil Swinsburg来自澳大利亚Unmanned System Australia公司，也是Google的合作伙伴，是他说服了Parfitt参与本次飞行演示（澳大利亚的“远程飞行器”政策比美国宽松）。

Parfitt最终如愿以偿的收到了自己的狗粮，而站在旁边控制飞行机器人的则是Nick Roy，他是MIT的机器人专家，为了领导Project Wing项目，他向学校请了两年的假。在所有测试中，Roy还没有亲眼见证自己的无人飞行器在落地点递送包裹，因为他总是站在起飞点，看着电脑屏幕上不断滚动的调试信息，焦急的等待，看看会发生些什么。“Sergey Brin（Google联合创始人）一直缠着我，问这是什么？它能带来出色的实际体验吗？而我的反应则是，老兄，我不知道，我正在看电脑屏幕。”Roy说道。

现在，Roy决定结束自己在Google X的任期，回到大学。他见证了Wing项目的成长，看着无人机俯冲，交货。当回忆那一刻时，虽然身为一个严肃的技术人员，他也难掩自己喜悦之情，“一旦包裹下降，‘蛋’就开始备份，飞行器获得了高度数据，然后划出美丽的弧线，再次起飞，”他说道，“这真让人由衷的感到高兴。”

Roy和Google X双方合作的非常愉快。Google X实验室主管Astro Teller表示，虽然当时的压力非常大，但从第一天开始Nick Roy就有着清晰的目标。现在两年过去了，也到了他该离开的时候了。不过，Teller表示Roy留下了巨大的财富，他让整个项目初见雏形，更指明了未来的方向。

在Google的两年，Roy的目标非常简单，就是探索无人机快递的想法是否有意义继续下去。Google是否应该努力开发这么一个服务？它有可能实现吗？自动飞行器能开发出来，并通过编程在任何地方降落或起飞吗？它可以高速达到目的地，并在空中精准地丢下包裹吗？

对于上面这些问题，Roy和Teller给出了答案：完全可以！虽然他们还没有开发出一套稳定的系统让Google用户下订单，但是他们相信，所有的困难都会迎刃而解。如今，Google开始加速扩展这个项目，最终也会推出相关服务——通过小型快速的“自助飞行器”为人们递送包裹。没错，他们就是这么称呼这个无人机的。

Teller已经找到了代替Roy的人：Dave Vos。Vos在自动飞行设备领域里已经摸爬滚打了20多年。2008年，他把自己的无人飞行器软件公司Athena Technologies卖给了Rockwell公司。之前，Roy的工作解释了什么是无人机快递，以及为什么要有无人机快递；而现在，Vos的工作是要把Wing转化成一个能够让人们真正使用的服务。

目前，有数十名员工致力于这个项目，他们负责很多工作，比如飞行器设计，探索快递机制，改善预定无人飞行器应用的用户体验。Google还会招募更多人才，也将参与民众使用无人飞行器的公共讨论，监管机构也将听取Google的相关回报。未来，天空中会有很多搭载绳索的无人飞行器，并从上面扔下包裹。

这也许听上去有些疯狂，但它就是这么疯狂。Google已经开始认真看待无人飞行器快递这件事儿了，它就这么发生了。

再一次改变世界

Google当然希望全世界都相信无人机快递是社会自然发展的一部分，运送东西会越来越快。如Google联合创始人Sergey Brin所言，这就是世界运作的方式。

回想2011年的Brin，或许他正戴着Google Glass的原型机，穿着长袖的科技T恤，甚至可能穿着Vibram登山鞋。 虽然Larry Page掌管着公司的“摇钱树”广告告业务，但是Brin正在原有的旧版图内打造一个更加“疯狂”的公司。在未来几年，他会推出自动驾驶汽车、Google Glass，收购8家机器人公司和一个高海拔太阳能无人机制造商。

在这些新想法之前，2011年的某一天，Brin与Teller进行了交谈，他们对这个世界表达了一些看法。

Teller说，“以前是这样：当Pony Express（驿马快信）出现时，它真的重塑了社会，能够以非常可靠的速度来运送东西，这个速度是用多少天来衡量的。后来部分发端于Pony Express的美国邮政服务，让快递变得更加可靠并缩短了时间的，再次改变了社会。 FedEx（联邦快递）的隔夜送达又再次改变了世界。如果未来可以在一两分钟内送达，这为什么不能改变世界呢？”

Google喜欢改变世界，成本的无情下跌和计算机性能的提高，为Google社会转型框架提供了条件。他们相信数量级的变化可以很快发生，因为他们已经看到并参与了商业网站的兴起和移动计算的惊人增长。Google将 技术变化称为进步，这也是因为他们深信自己不会或不能作恶。随着Google不断成熟，像Teller这样的人似乎愿意承认，或许并不是所有的事情都在变得更好。但是他们辩称，如果诚实对待当前的选择，新的“益处”超过了新的“害处”。

Teller说，“Google X在所有项目上都有相同的体验。”人们对如今的生活方式造成的所有问题视而不见，因为我们已经习惯了认为社会就是这样。而新事物出现时，人们会立刻否定。“我们没有对这些问题充耳不闻，我们真的渴望与社会讨论如何减轻这些问题。我们会在对话中聆听建议，但我们也想提醒对谈的人，我们并非从零开始。现在的情况是，快递、汽车和飞机造成了大量的碳排放，还有许多安全问题。”

所以，Google当然想提高快递速度，减少碳排放和安全问题，并因此促成了自助飞行器的发展。Teller总结道，“原则上‘速度提升’可以独立于飞行器，但是很明显从一开始就必须是自助飞行器。”

随后Google X产生了许多新的想法，并用理论和实验进行测试。他们有很多疯狂的选项，勾画出了新奇古怪的运输系统。但是最后，Teller意识到他们需要一个专家，最后找到了Roy。

Roy或许并不是最好的选择，他从没有试过让无人机飞行，风对于他是一个新的挑战，也没有传统的航空背景，没有接触过物流。回看2000年早期的经历，当他准备完成博士学位时，几乎没有迹象表明他有一天会成为Google X无人机项目要的那个人。

但这里有一个重要的细节：Roy的论文指导教授是Sebastian Thrun，Google X 的创始人以及机器人领域最有影响力的人之一。在进入Google前几年，Roy在海军研究办公室的支持下，做了很重要的关于非GPS环境下室内无人机导航的工作。在室内，交通工具无法依赖卫星进行定位。

当Roy抵达加州时，Project Wing最初的关注点是帮助有心脏病的人运送除颤器。除颤器成功的关键在于如何快速部署，从而节省了几分钟的救命时间。但是随着时间的推移，Google意识到，在911系统和其他紧急情况下，项目的速度优势完全无法发挥作用。

所以，Tellor和Brin决定用无处不在的、两分钟的快递来改变人与物之间关系 ：由于人们无法了解自己接来会需要什么，所以会囤积东西。他们可能有一大堆电池在家里躺着不用，或者一年只使用10分钟的电钻。就这么放着让资源被浪费了。

这一理念与Worldchanging在“产品-服务系统”中所阐述的一样，甚至连电钻这个例子都一样。这些想法进而成为“共享经济”概念的关键：世界可以生产更少的东西，因为高效的数字化物流可以让每个物品被更多人使用。 Tellor讲到，“这将有助于让我们从一个产权社会变成通路社会（access society），我们对于生活中的东西会更有团体感。如果我们能做到这一点，降低噪音污染和碳排放，同时又能增加安全性，会是怎样呢？”

Google必须先打造一个运载工具，并教会它自己飞行。

混合型无人机

进入了秘密无人机项目 Project Wing的大门，发现这里就 是一个工作车间。向周围望去，桌上摆着鱼线、三色胶带，半满的垃圾箱、各种紧固件、备用天线、几把喷胶枪以及一些钻头。一处摆着一排四架同样的无翼机身，还有人正手工捣鼓着一些电子设备，在顶灯的照耀下，闪着亮铜色彩。

最吸引人的还是车间中央标着“Chickadee ”的白色原型设备，格外显眼。这是一架立式垂直起落机，尾翼朝下，直立于地面，机头朝向正上方，与航天飞机类似。 该机设计简单，机尾作为支撑，塑料机身，由泡沫板制成的双机翼安置在薄薄的机身上。机身配备了四个旋翼，两个贴近机身底部，另两个位于机翼边缘外侧。

这种外观设计非常精良。远看，外表显眼夺目，完整和谐，配备了定制电子系统。但近看，就会发现机身是由手工制作，拼接而成，指纹触摸痕迹清晰可见。有些构造部件看起来是专业打造的，但其它部位看起来是现场制作的，显然该设备还没有完工。

该飞行器较独特。大多数飞行器都装有固定翼，某些直升机使用单个或多个旋翼来保证悬停空中。固定翼飞行器主要是水平扇动空气气流，而直升机是垂直的。因此，固定翼更依赖空气动力学，更高效，航程较远，航速更快，油耗更小。但同时，直升机能够在各种环境下飞行，无须助跑起飞或降落，能悬停半空中。 军用固定翼无人机 Predators 和Global Hawks就以强大的续航能力称霸。而普通民用的无人机，如DJI Phantom 2和 Parrot AR.Drone也非常受欢迎。

从空气动力学上来说，同时具备固定翼和直升机翼的混合型飞机也存在，航空公司也做过此类实验。但这种混合型飞机较复杂，因为需同时执行两类任务：在不同旋翼下转动空气气流。比如在F-35B中，Lockheed Martin将旋转射流技术应用到了机身中，直接对地面喷射气流完成起飞，然后旋转升空。

在空气动力学史上，尾立式结构飞行器还是非常有创意的，机身旋转升空再水平飞行，一气呵成。以前纳粹分子就想造出这样的飞行器来提高战斗力。以前有一项美国国家安全防御项目就涉及过此类飞行器的设计，负责人是Lockheed和 Convair。下图是直立在跑道上的垂直起落飞机，钢材外观格外耀眼，有种未来复古的风格。但是目前关于飞行员适应起飞到飞行阶段的角度改变问题还未得到有效解决。

显然，无人机不用担心这个问题。通过远程电脑操控尾立式飞行器即可。电源系统、电池、线路、以及大容量电容器都集于机身上，将发动机性能数据反馈给飞行器电脑中。传感器数据来自于配在电脑左方的惯性测量装置（IMU）。IMU装置通过加速器和陀螺仪来决定飞行器的X-Y-Z轴定位，这点至关重要。在机头部位，还有GPS装备，在尾部安置有摄像头。但目前的设计中没有包括激光测距系统，但装有两组无线电设备，一个是高频宽来发送遥测数据，另一个是低频宽来进行远距离通信。

Google 还没有对该设计进行进一步的项目研发，但建立了与此设计相关的实验平台。硬件部分是一个难题，至于哪一种飞行器能最终满足他们的要求还尚不可知。Teller 和 Roy 认为，真正的挑战来自于其它系统设计部分，比如输送装置。

如果要从高空将某物体运到地面上，如何解决？Roy 的团队想尽了各种办法，如安装微型降落伞，但风力因素不稳定，难以掌控。那么通过弹道弹射方式呢？Roy表示：“我们考虑过这种办法，但不太可取，因为当时在做这种降落测试还差点击中了楼下的同事。”

还有人提出一种方法：直接降落，卸掉装载物，再起飞。为了测试此方法，他们请来了几个Google用户体验研究人员，此前这几名研究人员就这种输送方法进行了问卷调查。但这种方式会造成人们直接触碰到旋转的旋翼，存在受伤的可能。 最终，他们还是采用了先前Roy 表示反对的想法：用一根绳线吊住物体，然后固定在飞行器下。

曾在加州理工学院和麻省理工学院受训过的机械工程师Joanna Cohen完成了这次精巧的设计。该设计包括两部分：第一，绞盘设计，其中采用了高韧性鱼线。第二部分名为“蛋”，该装置可下降，直接与物体接触，保证装载物着落、卸货完成，发出信号后返回悬停的无人机。如果过程中出现了故障，还有一套紧急卸载机制，线顶端有一块锋利的刀片会在紧急情况下切断线，让无人机能摆脱困境，继续飞行。

当装载物以每秒10米的速度急速下降，然后在快接近地面时，绞盘会将下降速度降至2米每秒，来完成软着陆。 这一切看起来似乎很简单，但负责该项目硬件设计的James Burgess表示:“在真实环境下操作起来并非易事。如果“蛋”下降时，撞到电线，树或者屋顶，麻烦就大了。不可预见的环境影响因素很多，面临的挑战较大。但即使撞上了某物体，无人机还是清楚下降的高度，绞盘放线的长度，‘蛋装置’会反馈撞击信息，无人机接着会发出信号表示继续下降，并不要卸载物体，这样一来，传感器和各部件就能有条不紊的分工协作了。”

至少目前来说，整个系统能协调分工完成某些任务。电源线设计是难度较大的一部分，当被问及打算如何处理电源线问题时，他们一致调侃称：“要知道，早些时候我们还没有到设计电源线这一步呢。”

1%的困难

与所有的自主机器人一样，无人机必须承担三项基本任务。首先要清楚自身位置，其次要确定出下一个目的地，最后准确无误地控制无人机到达终点。

在理想状况下，无人机从一个地方飞到另一个地方并不困难。一些爱好者的自制无人机可以实现设置航点进行飞行，另一些可以跟随地面的指示信号飞行。在这种意义上来讲，它们称为自动驾驶仪更为合适，仅仅需要控制轴承、高度和速度，有点像汽车的巡航控制。从巡航控制到自动驾驶汽车是一步巨大的跳跃，从自动驾驶仪到自动驾驶飞机亦是如此。

困难的地方在于，如何使无人机正确应对空中不可避免的突发情景和各种“极端状况”。总起来讲就是使它们具有应对复杂环境的能力，并将这种能力发展成为一种可靠的技术。 从Google在无人驾驶汽车方面的努力可以看出，建立一个软件，使其可以操纵汽车在高速公路甚至盘山公路驰骋，并应对99%的可能事件，这并不是一件难事。

而剩下的1%呢？ 发掘并学习如何应对所有可能出现的极端状况，并设计提供一系列当实际情况，超出机器人可操控范围时其可采取的安全程序，这才是这项长期发展项目的核心。

在自动驾驶汽车方面，Google创建了一个大规模数据库，囊括需要驾驶员亲自操纵汽车的所有情况。他们模拟人类无法介入的各种状况，并对软件进行各种改变和尝试，教给这个系统如何应对。每次修正系统的逻辑之后，Google都要对整个数据库的改变进行测试，确保其不会被新的修复打乱。

Project Wing在数据库与人类操纵者方面亦可能采用同样的方法。但不同的是，取代于过去一车一驾驶员的情况，Teller设想这样一种情况：相对较少的驾驶员操控一定数量的无人机，帮助它们在困难情况下做出决策。

“假如一辆自动驾驶飞机正在降落，但当它下降三英尺之后卡住了，它应该返回？还是降落？没有唯一正确的答案”，Teller说，“这时它就应该向控制软件求救，并请求指令。”

Google的许多著名计算驱动项目，比如Google地图，雇用数千人监督并更正自动系统。Google运用人类智慧作为触媒，这已经是其公开的秘密。对剩余的百分之一甚至百分之0.1或者0.01，Google应相对廉价的人类脑力解决问题。随着时间推移，人在工作中教与机器如何应对各种情况。“当人告诉机器人‘这件事应该这么做’，我们就可以将这种做法记录系统中。”

而在另一个人们望尘莫及的领域中，探测-躲避软件的发展可以帮助无人机应对飞行中遇到的飞鸟、无人机、直升飞机等。有些可以通过空中规范解决，这需要安装应答机和其他信号发射接收装置。但这不是一个完美的解决方案，就像Teller所说，鸟可不会携带探测装置。 Roy表示要开发一个成熟、可靠的探测-躲避系统，还有很长的路要走。

设想下这个系统的难度：摄像头、雷达或者激光指向飞行器飞行的方向，而背景可能是天空或者地球，环境本身很嘈杂。唯一的信号是，飞行器可能处于即将与一个远方物体碰撞的轨道上，这个物体从摄像头上看只有几个像素。通过仅有的数据，软件要破解这个物体的类型并预测它的动态。在截然不同的照明和能见度情况下，这个过程要持续不断地进行。

预测其他飞行物体的飞行路径需要在算法上做出一些权衡。一方面，软件可以将飞行物体设定为会在任何时候做任何事情，但是这样使得在正常空域飞行都变得极其困难。另一方面，软件可以给其他飞行物体设置固定的路线，假设他们沿着轨迹近似直线飞行。但这也可能导致问题，如果飞机转弯、飞鸟突然下降或者飞行器变向呢。

在无人驾驶汽车方面，Google也必须为汽车、行人和骑车人建立类似模型。此外，收集有关司机如何操作的大量的数据也相对比较容易。Google所要做的就是一直开一直开，收集更多的数据到模型中，看看路上的车都是怎么行驶的。

但天空是巨大的，与之相比这些飞行器简直微不足道。而且天空不像道路交通那么拥挤，飞行物体可以向各个方向移动。Roy的团队发现即使有意遥控飞机相互飞近时，也很难触发探测-躲避系统。所以，自动驾驶飞机需要这些系统才能变得可靠和自主，但这也是极难建立和测试的。

还有其他问题。在空中，在有限的GPS可用性和准确性下，即使像无人机定位这样简单的任务也会变得很困难。货物装载过程需要大量的人工，电池需要变得更好，飞行器需要变得更噪音更小，无人机零件的可靠性亟需增强。 Google 还必须说服公众，让无人机代替UPS卡车。这不仅仅是关于安全问题，也有关无人机的投放可能产生新型空气污染，电子垃圾增加，还有会使运输卡车司机丢掉工作。

甚至更重要的是，人们到底要用无人机运输什么？通过飞行机器人共享经济，但这些机器人的应用会有多大意义？ 回想一下，无人机初始运输的是除颤器，但许多城市都以不同的方式解决了这个问题，他们让机器分散在城市不同地方。这可能是有点浪费，但它很简单容易，不需要飞行器的参与。

荒谬的梦想

在无人机计划上，Google并不孤单。去年十二月，亚马逊宣布了无人机发展计划。无人机公司大军已有很多，Matternet就是其中一员。

Matternet开办于加洲，致力于通过将药品及物资运输到交通不便的地方，以此改善当地人们生活质量。 自从亚马逊宣布其无人机计划之后，Matternet 也引起了世界各地人们的关注。 但是Matternet 和Google的无人机计划有着重大区别：Matternet开发的是致力于帮助发展中国家的载货无人机项目，在有些地方长达6个月的雨季里，可能无法运行，这时可以利用无人机运送物资。Matternet尚无发达国家发展计划。

载货无人机的拥护者很多，粉丝不仅仅限于硅谷。欧洲的PUCA组织致力于将众多载货无人机粉丝聚集起来，以创造功能强大的载货无人机。PUCA的畅想如下：大型载货无人机将能载重2到20吨，运输速度相对慢，但费用便宜。一台地上遥控器将能控制10-30台无人机，无人机每小时飞行至少300公里，但是能够不分昼夜持续飞行。在PUCA眼中，无人机更像空中巴士，而不是极速飞行器。

PUCA由荷兰经济学教授Hans Heerkens创立，并于今年年初举行了一次重要会议。记者兼小说家Jonathan Ledgard做了会议演讲，Ledgard正在与瑞士联邦理工学院合作，致力于一个非洲载货无人机发展项目。 Ledgard是畅销小说《下潜》的作者，在小说中以其悲喜交加的笔触向读者展示了机器人donkey。

Ledgard写到：“donkey的品质和载货无人机颇为相似：脚踏实地、值得信赖、智慧聪颖、从不抱怨，并且能够与尘土、寒冷和酷热搏斗。将它取名为donkey是经过深思熟虑的，donkey并不是珀伽索斯（生有双翼的神马），而是速度虽不快，但忠实可靠的飞行机器人。它将货物从一个地方运到另一个地方，直到生命结束。”

不像Google，Ledgard并不指望载货无人机能够世界各地到处飞行。“donkey的飞行路线是有限制的，它只穿行在发展中国家，给他们带去福音。而每一个donkey路过的小镇将会拥有donkey小站，donkey可以在此加油或小憩。”

“要想富，先修路”可谓至理名言，非洲发展需要交通带动，但反过来修路需要诸多资金，而非洲没有足够资金。Ledgard认为：唯一的方法是发展空中运输。 Ledgard担任了近十年的《经济学人》记者，跋山涉水，走访过多个大洲，报道过无数事件。圣战分子、诺基亚手机等事件让他认识到：21世纪，科技的矛盾已经渗透到了贫穷国家，而且表现颇为明显。

“在那个被世界遗弃的国家中，用水困难、安全成患，儿童辍学，但它将能得到飞行机器人的照顾。” 这个故事听起来也许有些无奈甚至荒唐，但并不意味着这就是遥不可及的梦想。

解决法律障碍

Google非常重视无人机的前景。大张旗鼓进军无人机领域激发了Matternet项目和Ledgard的观点。人们也能名正言顺地收集更多的技术资料，研发无人机技术了。

Heerkens非常支持无人运输机，他希望Google能帮助其他公司入门无人机技术，进行基础设施建设。Google无人机技术的贡献在于，促进大规模建设辅助基础设施。”他认为探测-躲避系统需要通过权威验证，Google应该帮助政府来解决此事宜。

Matternet公司的Raptopoulos在考虑他们是否可以不推出相应服务，只为他人提供云服务基础设施来操纵无人机。“在数据基础设施和各层级地图技术领域上，Google是最尖端的。他们也许在酝酿一项高于服务之外的基础设施项目，但这仅是目前的猜想。”

Google在无人机管理条例的制定上有着绝对影响力。华盛顿大学无人机管理条例专家Ryan Calo表示：“回顾历史，Google在科技改革中与政界和各大股东有着不少的合作。这点比亚马逊要强很多。考虑到网络中立、公平使用、隐私权等问题，再加上Google的努力，它很有可能决定了无人机管理条例的形成。”

Google的无人驾驶项目聘请了前国家高速公路安全管理局官员Ron Medford负责，一定程度上决定了无人车管理条例的制定。Medford在Google的支持下，对无人驾驶条例在加州、内华达以及其它州市通过的立法过程有着重大影响。期间，Google还雇佣了来自联邦航空管理局的人员，可能也采用了类似的手段。

Teller表示：“Google想要成为规章制定者，这得通过公众与立法者之间的谈判。但从近两年，尤其是最近几个月与立法者越来越激烈的争论对话中看来，我个人表示持有谨慎的乐观态度。人人都希望有一个安全的环境，并让科技造福于人类，让科技的负面影响最小化。”

via atlantic

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