近日，德國弗勞恩霍夫協(xié)會通訊、信息處理和人機工程學(xué)研究所（Germany’s Fraunhofer FKIE institute）的研究人員研制了一種無人機，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。

這款無人機配有兩個核心裝置，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、無人機搜救新方向：空中聲學(xué)定位

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

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

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

但是無人機使用空中聲學(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（例如動物叫聲和風(fēng)聲）之間進(jìn)行破譯，還可能需要識別求救人員試圖引起救援隊注意的踢腿、鼓掌或其他響動。

FKIE團隊研發(fā)這款無人機，正是直面如何能準(zhǔn)確識別出哪些聲音才是人類發(fā)出的求救信號這類挑戰(zhàn)。

二、無人機“聽聲”，主要依靠識別算法和微型麥克風(fēng)

FKIE的工程師在構(gòu)建無人機時，考慮了環(huán)境噪音和非人聲求救信號因素，并根據(jù)這些進(jìn)行設(shè)計。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旋翼聲和其他環(huán)境噪音。

除了軟件算法，這個搜尋系統(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上找到的微型麥克風(fēng)類型，讓無人機保持輕便靈活。采用一種稱為“鴉巢陣列”（CNA）的特定類型的麥克風(fēng)陣列裝備在無人機下方，結(jié)合先進(jìn)的信號處理技術(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)量對估計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》表示，他們團隊進(jìn)行了幾次成功的露天測試，他們的無人機在接收到他們發(fā)出的聲音后“幾秒鐘內(nèi)”就成功地估計了某人的位置。下一步，研究人員計劃在樣機中添加一個更高頻率的麥克風(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無人機的能力。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)允許無人機使用四個麥克風(fēng)和一個揚聲器進(jìn)行導(dǎo)航。

結(jié)語：“聽聲”無人機拓展搜救場景

無人機具有體積小、造價低、使用方便、對作戰(zhàn)環(huán)境要求低等優(yōu)點，在救援領(lǐng)域越來越重要的作用。無人機也越來越全能，大都配備可見光攝像機、紅外攝像機、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)無人機增加聽覺傳感設(shè)備后，有望彌補現(xiàn)有傳感探測器的不足，在災(zāi)害救援時增加識別概率和加快識別速度，避免更大損失。

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