2014年06月27日14:34
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一款能在識別人的動作和自己位置的情況下自主飛行的小型飛行機器人在日本誕生。其開發者是由東京大學研究生院航空航天工程專業的一名博士生和一名碩士生組成的研究小組。
手掌大小的飛行機器人“Phenox”
這台名叫“Phenox”的飛行機器人擁有4個旋翼，也就是所謂的“四軸飛行器”。對角馬達的軸間距為120mm，總重量為60g，實現了可以放在掌心的小型化和輕量化，能夠在識別周圍的同時自主飛行（圖1）。Phenox能夠實現的動作包括：（1）識別伸出的手臂，在手臂上方懸停﹔（2）有人在下方揮動手臂時，向揮動的方向移動﹔（3）呼叫其名字將其喚回﹔（4）聽到哨聲后在地面降落等。
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圖1：30台Kickstarter限量版很快銷售一空 PhenoxLab開發的四軸飛行器“Phenox”。馬達的軸距為120mm，重量為60g，雖然個頭小，卻具有利用攝像頭和麥克風對人的動作做出反應的交互性。 |
PhenoxLab於2014年5月在眾籌網站“Kickstarter”上立項，以750美元的價格，限量銷售了30台實驗室版Phenox。雖然二次電池、布線和印刷電路板都是裸露著固定在樹脂框架上，但僅僅過了32個小時，30台Phenox便銷售一空。
利用CPU內置FPGA
Phenox的心臟是內置ARM核心和FPGA模塊的IC“Zynq-7000”。“Phenox能實現自主動作的基礎就是這個FPGA，FPGA上安裝了提取視頻流的特征點，並對特征點進行描述的處理電路”（PhenoxLab首席工程師此村領）。初期試制品採用的結構是組合使用FPGA和微控制器IC，由微控制器上的軟件根據FPGA的輸出推測自身位置（3D座標）。
但現在已經改用內置2個CPU內核的Zynq，三大要素實現了聯動。三大要素是（1）運行提取影像特征點等流處理的FPGA﹔（2）推測自身位置、控制馬達轉數的CPU﹔（3）實施系統整體控制、圖像識別等應用處理的CPU（圖2）。FPGA會把處理的結果寫入DDR3插槽中的主內存，由2個CPU將這些數據用於操作和控制。
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圖2：CPU內置FPGA安裝了在飛行時推測自身位置的功能 使用配備2個“Cortex-A9”處理器內核和FPGA模塊的IC。圖像和音頻的採集以及圖像特征點的提取等預處理由FPGA模塊內的電路執行，由CPU上的軟件使用這些數據。2個CPU分別用於應用處理和實時處理。 |
可自由開發應用程序
Phenox的另一個特點，是使用者可以自由開發在Linux上運行的應用軟件。Phenox配備了編譯器，使用者可通過串行連接的終端改寫程序。PhenoxLab交互設計師、工程師三好賢聖表示，作為“空間內的活動信息提示裝置”，Phenox蘊藏著許多可能性。除了自己摸索之外，如果能有更多的人使用，或許還會催生出想象不到的用途”。
今后，PhenoxLab還計劃試制配備距離圖像傳感器的飛行機器人，以及支持150g有效載荷的飛行機器人。“對於今后的開發方向，PhenoxLab將參考實驗室版購買者的反饋做出決定”（此村）。（作者：竹居 智久，日經技術在線！供稿）
開發歷程：
——請介紹一下Phenox的開發歷程。
此村領（左）是東京大學研究生院工學系研究科航空航天工程專業的博士研究生，三好賢聖（右）是同一專業的碩士研究生
此村：出於從零開始制造四軸飛行器的想法，我從兩年前開始開發。當時是從“通過板上處理實現小型飛行機器人”這個概念出發著手開發的。如果能實現利用電路板上的計算機和傳感器自主運動的“板上處理”，就無需借助通信網絡和地面的計算機。如果實現了小型化，機器人就能在室內和狹窄的場所穿梭。在開發了大約一年時間，機器人剛剛能夠飛行的時候，恰好趕上了“未探索IT人才發掘培養事業”注的公開招募，於是我就邀請同一個研究室的三好，參加了這次招募。
注：“趣味與實用兼具的手掌尺寸飛行機器人系統”項目被日本2013年度未探索IT人才發掘培養事業採納。
三好：我在參與Phenox之前，研究的是把飛船型機器人應用於空間照明等藝術類作品。與動作緩慢的飛船相比，直升機具有動作靈活、動作自由度大的特點。直升機型的飛行機器人或許能夠創造出人與生物交流時的1對1關系，出於這樣的想法，我參加了這個項目。
——請問是否有商業化計劃？
此村：我們正在考慮與大學的TLO（技術轉移機構）等合作成立風險企業。但我們並不會積極參與經營，而是打算繼續從事研發。現在，我們正在摸索能夠靈活地將自身位置推測等相關專利和Phenox的版權用於業務運作的方式。
