無人機特技飛行曾是人類飛手的專屬領域，而現在，一臺普通四旋翼無人機連穿6道窄門，人類頂尖飛手成功率只有12.5%，而一套創新算法系統卻豪取100%完美通關！

這不是科技概念視頻，而是最近霸榜機器人領域國際頂刊的中國黑科技。

這項顛覆性研究來自浙江大學控制科學與工程學院高飛教授團隊，他們放出"算法增強"大招，徹底打破"硬件決定天花板"的傳統認知。

普通硬件在智能系統加持下，瞬間化身特技飛行高手，完成復雜動作的精準度遠超人類專業飛手。

高難度特技飛行通常是專業飛手和高端裝備的專利，需要價格不菲的設備和數千小時訓練。

有網友直呼："這簡直是無人機界的'降維打擊'！用智能算法彌補硬件短板，突破了傳統飛行極限！"

這項名為《Unlocking aerobatic potential of quadcopters: Autonomous freestyle flight generation and execution》的研究成果，于近日正式發表在機器人領域國際頂級期刊《Science Robotics》上。

▍向自然取經：獵鷹和蝙蝠的飛行智慧成就算法突破

當獵鷹以180度角倒轉鎖定獵物時，它并非在炫技，而是在進化壓力下錘煉出的生存技能。

高飛教授團隊從自然界汲取靈感，他們觀察到無論是洞穴中倒掛棲息的蝙蝠群，還是空中炫技求偶的烏鴉，這些飛行動物都遵循一個共同法則：在動力學極限邊緣尋找最優解，將"高風險動作"轉化為"高生存收益"。

這種平衡姿態、速度與環境約束的能力，恰恰是當前空中機器人在復雜任務中最欠缺的"空中智能"

同樣值得關注的是人類頂尖FPV飛手。他們能在復雜環境中即興創作"空中芭蕾"，秘訣在于建立了直覺化動作語言。就像舞者用肌肉記憶編排舞蹈，飛手通過長期訓練將飛行意圖轉化為精妙的操控指令。

但現有算法卻像笨拙的翻譯官，要么把特技動作約束為僵化參數，要么放任無人機"盲飛"。這迫使浙大團隊直面兩個本質問題：

1.如何為機器建立可擴展組合的特技動作語法？

2.如何讓算法像生物神經系統那樣在安全與激進間動態平衡？

傳統技術路線總是在硬件上做加法——更強的電機、更靈敏的傳感器，但浙大團隊選擇在規劃算法上做乘法。就像體操運動員通過優化動作編排，用同樣體能完成更高難度動作。

他們構建了兩套標準：

• 動作-意圖轉換標準：將期望飛行動作轉化為可量化意圖
• 風險-收益評估標準：計算躲避障礙、節省能量和完成特技動作三者間的最優解

各種特技飛行意圖及其對應的軌跡

通過這種創新方法，團隊證明了四旋翼空中機器人無需硬件升級，僅憑智能算法就能解鎖更從容的飛行姿態和更復雜的飛行動作

這為挑戰機器人性能極限的研究人員提供了全新技術思路："當物理極限無法突破時，運動智能就是新的性能邊界。"

▍驚艷全場的三大實驗：算法智能如何擊敗人類極限？

這支研究團隊不僅提出了創新理論，還用三組極限測試驗證了系統性能，結果令人震撼：

1. 非結構化超大場景特技飛行

第一個挑戰是在非結構化的超大室外環境中實現特技飛行——這對普通無人機來說幾乎是不可能的任務。

讓人驚嘆的是，團隊的系統在不依賴外部定位的情況下，實現了220米的自主飛行，連續完成了三個經典特技動作！

更夸張的是，研究團隊特意將無人機動力限制在普通商用水平（1.5g凈推力和4弧度每秒角速度），系統依然展現出專業競速機的特技表現

這一結果直接證明：智能算法能夠突破物理硬件性能的天花板！

2. 密集障礙環境下的高難度挑戰

第二組測試更具挑戰性——在僅3.5米高的狹窄障礙空間里，無人機要完成一系列高難度動作。

結果，空中機器人展現了媲美蜂鳥的靈巧性：倒飛穿過直徑80厘米的圓環、在隧洞中連續蛇形機動

系統還擁有獨創的"意圖修正"功能，即使輸入特技意圖不合理（如多個特技意圖間距過窄），系統仍能自動調整到安全合理位置。

在多次重復測試中，空中機器人以最高7米/秒的速度穿越障礙時，仍保持15厘米內的跟蹤精度！這種精確度在機器人領域簡直是教科書級別的突破。

3. 人機特技對抗：算法完勝人類飛手

最具看點的是第三組實驗——與國內穿越機頂尖飛手的同臺競技。

結果簡直是碾壓式勝利：

• 在連續穿越6道1.2米窄門的測試中，人類飛手24次嘗試僅成功3次，成功率慘淡的12.5%
• 而系統5次飛行全部成功，完美的100%成功率！

在定性對比中，專業飛手需要更多安全空間才能恢復穩態，而系統可以在小幾倍區域內完成同樣動作。即使選擇飛手最佳飛行效果對比，其軌跡也不如空中機器人流暢。

這一結果無可爭辯地證明：系統在生成和執行復雜特技動作的能力，已達到人類難以企及的水平！

▍超越炫技：從火山監測到深空探測的無限應用

浙大團隊的這項突破并非只為了打造酷炫的飛行表演，而是為了解決實際問題。研究為空中機器人在極端復雜環境下的任務執行提供了全新可能：

火山監測革命：通過動態姿態調整與軌跡優化，空中機器人有望實現噴發口邊緣的探針拋投部署，為科學家提供前所未有的一手數據。

災害救援突破：結合特技飛行的高速穿梭能力，無人機可能實現對坍塌建筑內狹窄縫隙的快速探測，大幅提升救援效率和生命挽救機會。

太空探測應用：研究提出的動態軌跡規劃方法可為航天器在太空隕石密集區的安全機動提供理論參考，通過多自由度姿態控制降低極端機動對載人設備的過載沖擊。

受限空間中的連續特技動作

這種"運動智能補償硬件短板"的研究思路，為挑戰機器人性能極限的科研人員提供了全新思考角度。例如，在傳感器視場受限場景中，通過主動設計包含翻滾等復合動作的軌跡，可最大化數據采集質量，從根本上改變環境感知方式。

它證明，即使在硬件受限情況下，通過算法優化同樣能顯著提升系統能力。

▍結語與展望

浙大團隊的這項研究將帶來的不僅是學術價值，更是實際應用的革新。當我們面對硬件成本高、資源有限的現實挑戰時，優化算法或是一條更加經濟高效的突破路徑。特別是在危險環境下，這種能在極限條件依然保持穩定飛行的無人機系統，將為人類提供有效的安全保障。

團隊表示未來將進一步探索能處理未知和動態環境的方法，通過構建"感知-決策-執行"閉環系統，真正實現類生物特技飛行的全自主化作業能力

可以拭目以待，當"算法增強"的魔力遇上中國速度，無人機技術的下一個十年會迸發出怎樣的火花。

論文地址:

https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adp9905