近日，德國弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)通訊、信息處理和人機(jī)工程學(xué)研究所（Germany’s Fraunhofer FKIE institute）的研究人員研制了一種無人機(jī)，可以通過麥克風(fēng)收集聲音，然后分析判斷出人類求救的尖叫聲以及聲音方向，來定位需要幫助的人。

這款無人機(jī)配有兩個(gè)核心裝置，分別是利用聲音特征訓(xùn)練出的人工智能軟件和微型數(shù)字麥克風(fēng)構(gòu)成的陣列，來保證搜尋有效性和快速性。

一、無人機(jī)搜救新方向：空中聲學(xué)定位

該項(xiàng)目首席科學(xué)家之一瑪卡麗娜·瓦雷拉（Macarena Varela）告訴《華盛頓郵報(bào)》：“與地面救援人員或訓(xùn)練有素的狗相比，無人機(jī)可以在更短的時(shí)間覆蓋更大的區(qū)域。如果有倒塌的建筑物，無人機(jī)可以提醒和協(xié)助救援人員，可以去到救援人員自己無法到達(dá)的地方?！?/p>

“配置”不同的無人機(jī)，常應(yīng)用于不同場景。例如，多數(shù)情況下，無人機(jī)被用來拍攝被損壞建筑物的航拍圖像，有些無人機(jī)具有熱成像功能來掃描生命體，而較大的無人機(jī)可以向偏遠(yuǎn)地區(qū)受災(zāi)人員運(yùn)送醫(yī)療用品和其他物品。美國華盛頓大學(xué)研究人員設(shè)計(jì)研發(fā)使用氣味來定位災(zāi)難幸存者的無人機(jī)，美國航空航天公司（Aerospace Corporation）正在開發(fā)可以在視覺上識(shí)別狗，并與救援隊(duì)分享它們位置的無人機(jī)。

除了給無人機(jī)裝上“眼睛”和“鼻子”之外，科學(xué)家還想給無人機(jī)添加上“耳朵”，來實(shí)現(xiàn)更好的搜救效果。

但是無人機(jī)使用空中聲學(xué)定位面臨挑戰(zhàn)——聽覺裝置需要在人類叫聲和自然界中經(jīng)常發(fā)生的聲音（例如動(dòng)物叫聲和風(fēng)聲）之間進(jìn)行破譯，還可能需要識(shí)別求救人員試圖引起救援隊(duì)注意的踢腿、鼓掌或其他響動(dòng)。

FKIE團(tuán)隊(duì)研發(fā)這款無人機(jī)，正是直面如何能準(zhǔn)確識(shí)別出哪些聲音才是人類發(fā)出的求救信號(hào)這類挑戰(zhàn)。

二、無人機(jī)“聽聲”，主要依靠識(shí)別算法和微型麥克風(fēng)

FKIE的工程師在構(gòu)建無人機(jī)時(shí)，考慮了環(huán)境噪音和非人聲求救信號(hào)因素，并根據(jù)這些進(jìn)行設(shè)計(jì)。他們首先記錄了自己的尖叫聲、敲擊聲和其他需要幫助的人可能發(fā)出的聲音。然后，研究人員分析每個(gè)聲音頻率，以找到共同的特征，并用這些特征來訓(xùn)練人工智能軟件，調(diào)整軟件以過濾掉諸如無人機(jī)旋翼聲和其他環(huán)境噪音。

除了軟件算法，這個(gè)搜尋系統(tǒng)的其余部分并沒有那么復(fù)雜。研究人員選擇了能在智能手機(jī)上找到的微型麥克風(fēng)類型，讓無人機(jī)保持輕便靈活。采用一種稱為“鴉巢陣列”（CNA）的特定類型的麥克風(fēng)陣列裝備在無人機(jī)下方，結(jié)合先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，來定位求救人員產(chǎn)生特定聲音的準(zhǔn)確位置。陣列中空間分布和麥克風(fēng)數(shù)量對(duì)估計(jì)位置的精度有重要影響，因此正確選擇它們非常重要。

▲定位求救者的概念圖

瓦雷拉向《華盛頓郵報(bào)》表示，他們團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了幾次成功的露天測試，他們的無人機(jī)在接收到他們發(fā)出的聲音后“幾秒鐘內(nèi)”就成功地估計(jì)了某人的位置。下一步，研究人員計(jì)劃在樣機(jī)中添加一個(gè)更高頻率的麥克風(fēng)，以使其更好地檢測更多聲音。

這不是大眾第一次看到科學(xué)家考慮使用聲音來增強(qiáng)無人機(jī)的能力。去年，美國普渡大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許無人機(jī)使用四個(gè)麥克風(fēng)和一個(gè)揚(yáng)聲器進(jìn)行導(dǎo)航。

結(jié)語：“聽聲”無人機(jī)拓展搜救場景

無人機(jī)具有體積小、造價(jià)低、使用方便、對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，在救援領(lǐng)域越來越重要的作用。無人機(jī)也越來越全能，大都配備可見光攝像機(jī)、紅外攝像機(jī)、三維激光雷達(dá)和熱成像儀等傳感器設(shè)備，可以完成視頻、圖像采集和定位搜索。

不過無人機(jī)的紅外探測器和雷達(dá)探測器可探測距離受某些因素限制，后續(xù)無人機(jī)增加聽覺傳感設(shè)備后，有望彌補(bǔ)現(xiàn)有傳感探測器的不足，在災(zāi)害救援時(shí)增加識(shí)別概率和加快識(shí)別速度，避免更大損失。

來源：Engadget、The Washington Post、Acoustic Society of America