低成本無人機系統革新室內搜救任務

室內搜救任務一直是執法單位和第一線救援人員所面臨的最危險工作之一。然而，根據賓州州立大學自主機器人競賽俱樂部（ARCC）研究生的說法，無人機技術已經徹底改變了他們應對這些高壓情境的方式。無人機能夠在狹窄、黑暗且GPS訊號受限的環境（如倒塌的建築物）中定位人員，但開發這類無人機既困難又昂貴。

為瞭解決這一挑戰，學生們最近開發了一套低成本的無人機系統（UAS）。這套雙無人機系統配備了2D和3D地圖技術，能夠協助執法單位和第一線救援人員進行室內搜尋。他們在AIAA SCITECH 2025論壇上發表了一篇詳細介紹該系統的論文。

這篇論文是基於該機器人俱樂部參與2023年第一線救援人員UAS 3D地圖挑戰賽的經驗，他們在該比賽中獲得了第二名並贏得了2萬美元的獎金。參賽隊伍的任務是開發一套成本效益高的UAS解決方案，使用一架或多架自主或半自主飛行器，為進入建築物的第一線救援人員提供更強的情境感知能力。

「我們開發了一套雙無人機系統：第一架小型且易於操作的無人機基本上沒有搭載任何飛行控制以外的電腦裝置，」航空航天工程博士候選人、ARCC主席兼論文共同作者Rachel Axten表示。「另一架飛行器則配備了感測器，幫助我們建立室內環境的3D地圖，並搭載了一臺相對強大的電腦，能夠完全在機上生成地圖。」

這套雙無人機系統可以單獨或多機配置執行，讓團隊能夠將任務分配給兩架飛行器：一架配備熱成像和夜視功能的小型靈活飛行器，以及一架能夠生成環境3D地圖的較大型飛行器，為第一線救援人員提供寶貴的資訊。這套解決方案根據救援需求提供了更大的靈活性，甚至可以根據情況自定義和重新配置無人機。

透過使用現成零件以及自定義軟體、演演算法和硬體元件，ARCC開發的無人機系統成本僅需幾千美元，遠低於其他美國開發的無人機系統，後者的製造成本可能高達數萬美元。團隊從過去的比賽和與第一線救援人員的交流中吸取經驗，幫助他們簡化設計並適應搜救團隊對偵察無人機的需求。

「我們努力在功能、重量、尺寸和價格之間取得平衡，」航空航天工程博士候選人、ARCC財務長兼論文共同作者Venkatakrishnan Iyer表示。「例如，使用的熱成像相機僅能進行直線檢測，意味著牆壁後方的熱源可能無法被偵測到。這類功能需要昂貴的感測器，導致整體成本上升，因此我們必須決定在哪些功能上做出取捨，以保持系統的經濟實惠。」

團隊僅花了幾週時間開發這架無人機，但花費了大量時間在州立學院機場進行測試，航空航天工程助理研究教授兼論文共同作者Vítor Valente表示。在系統開發期間，Valente擔任ARCC副主席並獲得了航空航天工程博士學位。

「進行測試後，總會有一些需要調整或改進的地方，」Valente說。「我們的測試顯示，負責地圖繪製的相機系統需要調整。找到正確的解決方案耗時耗力，但這個過程不僅修復了相機，還讓整個系統變得更好。」

ARCC並未打算放慢腳步，Axten表示。團隊最近贏得了由波音贊助的GoAERO挑戰賽第一階段，該比賽要求團隊開發一架自主飛行器，協助第一線救援人員進行醫療撤離工作。這項公共安全專案不僅旨在透過提出的飛行器拯救生命，還將為獲勝團隊提供超過100萬美元的獎金。比賽的第二階段——建造階段——現已開放，該階段的獲勝者將於11月18日公佈。

「目前約有50%的直升機事故發生在醫療撤離現場，」Axten說。「開發這項技術可以拯救第一線救援人員和需要幫助的人的生命。這是一項能夠幫助許多人的了不起的工作。」

此外，團隊最近還獲得了XPRIZE野火挑戰賽的參賽資格，這是一項為期四年的比賽，要求團隊開發並實施UAS技術來對抗野火。賓州州立大學團隊參加了比賽的B組，該組總獎金為500萬美元，將頒發給開發出最有效自主滅火系統的團隊。