高飞：让科技创新助力美好生活

从最初的军事侦察“鹰眼”，到如今深入千家万户的“空中使者”，无人机正在悄然改变着我们的生活。它们穿梭在城市楼宇间投递包裹，巡视在崇山峻岭中守护电网，翱翔在广袤田野上呵护庄稼。这场从天空开始的技术革命背后，凝聚着无数科研工作者的智慧与汗水。

在推动空中机器人技术发展的科研队伍中，浙江大学控制科学与工程学院高飞教授无疑是一位杰出的领航者。作为长聘副教授，他带领团队在动态轨迹规划和集群协同导航等前沿领域劈波斩浪，让原本“笨拙”的无人机变得灵动自如——它们能在疾速飞行中优雅地躲避障碍，能像候鸟迁徙般精准协同，在密林深谷中自由穿梭，在城市高楼间灵活穿行。作为国家优秀青年科学基金获得者和杭州市海创未来项目领军人才，高飞教授不仅是空中机器人研究领域的中坚力量，更是这个时代科技创新精神的生动诠释。在他的眼中，每一架无人机都不是冰冷的机器，而是连接科技与生活的桥梁，是让人类生活更美好的智慧伙伴。

 

无人机技术创新性突破

让机器人在复杂环境中自如穿梭，就像让一只机械鸟在密林中飞翔一样充满挑战。传统方法将无人机简化为质点模型进行轨迹规划，在复杂环境下存在建模精度低、计算效率差等问题。高飞团队创新性地提出了全状态轨迹生成方法，充分考虑无人机的完整物理特性，包括机身尺寸、旋翼配置、姿态角度等全部状态变量。

针对全状态建模带来的高维优化难题，高飞带领团队开发了轻量级轨迹表征算法，通过时空能量最优的轨迹稀疏参数化和非线性约束解耦方法，将数百个优化变量压缩至数十个关键参数，在保证轨迹最优性的前提下，实现了计算效率10-100倍的提升。在地下隧道高速飞行测试中，无人机能够以20米/秒的速度穿越仅比机身宽几厘米的狭缝，全程自主完成，无需人工干预。在特技飞行方面，团队突破性地解决了轨迹规划中的奇异点问题，成功实现了无人机自主连续特技飞行，包括360度翻滚、垂直俯冲急停、倒飞穿越等高难度动作，成功率和连贯性超越专业飞手。这项研究获得了国际学术界高度认可，为无人机在搜救、勘探、物流等领域的应用奠定了坚实基础。

在高速飞行场景下，无人机面临着计算资源有限、视野受限、环境快速变化等多重挑战。传统感知系统在这种条件下往往顾此失彼，难以在实时性和准确性之间取得平衡。高飞带领团队提出了三项核心创新。首先是受微眼动机制启发的极低延迟动态感知系统。团队开发了主动旋转棱镜感知模组及相应的光学补偿算法，解决了事件相机在边缘运动时事件信号消退的技术难题。该系统实现了微秒级的高速动态感知，能够精准捕获速度超过20米/秒的高速目标，相比传统灰度相机在动态场景捕获能力上有质的飞跃。与常规事件相机相比，该系统显著提升了场景边缘信息的信噪比，使高帧率图像生成和实时人体姿态估计成为可能。

其次是基于可行空间提取的高效紧凑环境建模框架。传统方法构建稠密地图计算开销巨大，难以满足实时性要求。团队创新性地提出环境建模稀疏化方法，仅提取和维护飞行所需的关键空间信息，大幅降低了计算和存储负担，同时保证了导航的安全性和有效性。

第三项创新是基于动态观测建模的主动感知增强规划方法。受鸟类在狭窄空间减速飞行的启发，该方法根据传感器模型和环境遮挡情况，主动调整无人机的姿态、朝向和飞行速度。在障碍物密集区域自动降速以确保安全，在开阔区域则充分发挥速度优势。这种自适应策略在森林等复杂环境中表现出色，实现了对高速动态目标的持续跟踪和安全避障。

无人机集群在非结构化野外环境中面临着部署困难、运动冲突、计算资源受限等严峻挑战。现有技术多依赖外部定位和计算设备，严重限制了集群在真实环境中的应用。

为解决这些核心难题，高飞团队提出了三大技术创新。首先是分布式异步解耦架构，实现了任务可重构、功能可拓展的集群系统，每架无人机都能独立决策并与邻近机器实时协同。其次是可拓展多目标轨迹优化算法，有效解决了高密度飞行时的路径冲突问题。第三是软硬件联合优化，通过算法精简和硬件集成，成功研发了重量仅几百克的微型自主飞行平台。

基于这些创新，高飞教授团队构建了国际首个可在非结构化场景下运行的自主飞行集群系统。该系统成功完成了穿越密集竹林、复杂编队飞行等高难度任务，分布式集群规划规模已达1000架。在实际测试中，10架无人机能够在茂密竹林中以每秒2-3米的速度协同飞行，全程无碰撞、无失联，展现了卓越的鲁棒性和协同能力。

这项成果引起了国内与国际学术界的强烈反响。Science杂志首页评论指出：“穿越密集树林对最智能的无人机都充满挑战，对集群则困难上几个数量级，但这项研究做到了。”Science Robotics称其“实现了国际首个可分布式运行于非结构化场景的集群系统，为机器人社区提供了瞩目贡献，迈出了无人机集群走出受限实验室场景的重要一步。”高飞团队相关成果被选送参加“奋进新时代”主题成就展和“八八战略”实施20周年大型主题展，并被国家博物馆收藏。这些突破不仅推动了学术前沿，更为应急救援、环境监测、智慧农业等实际应用场景提供了全新的技术方案。

 

用行动诠释科学家精神

在学术研究之外，高飞教授还是一位深受学生爱戴的教师。他坚持“理论与实践并重、创新与应用结合”的教学理念，注重培养学生的动手能力和创新思维。他开设的《空中机器人原理与应用》课程，将最前沿的研究成果融入教学内容，让学生能够接触到该领域最新的技术发展。

在他的悉心指导下，多名研究生在国际顶级会议ICRA和IROS上发表论文，其中有4名学生获得最佳论文提名。他还积极推动产学研合作，鼓励学生参与研发一线工作，为学生提供了宝贵的实践机会，形成“科研-产业-育人”闭环。正如他常说的：“真正的创新来源于对实际问题的深入理解，我们要培养的不仅是会写论文的研究者，更是能解决实际问题的工程师。”

尽管在国际学术界享有盛誉，高飞教授始终心系祖国的科技发展。他深知，中国要在人工智能和机器人领域实现弯道超车，需要更多本土优秀人才的加入。

在学术前沿，他主导多项国家重大科技攻关项目，其研发的智能集群系统在灾害救援、城市管理等民生领域取得显著社会效益；在学科建设方面，他发起自主机器人技术研讨会（ARTS），担任担任多项机器人国际权威期刊会议编委，持续提升我国在该领域的国际话语权；在人才培养上，他主持浙江省自动化学会青年工作委员会，通过开源课程与技术视频（累计播放量逾450万次）实现知识普惠，生动诠释了“科技为民”的学者本色。

从一个对飞行充满憧憬的少年，到如今站在空中机器人技术前沿的科学家，高飞教授用他的执着和创新诠释科学家精神。他的研究不仅推动了机器人学理论的发展，更重要的是将这些成果转化为服务社会的实际应用。随着人工智能技术的不断进步和应用场景的日益丰富，空中机器人必将在更多领域发挥重要作用。而高飞教授和他的团队，正在为这个充满无限可能的未来贡献着自己的智慧和力量。奋战在科研的道路上，高飞一直坚信，科技创新的最终目的是让人类生活变得更美好，他希望有一天，中国科学家研发的空中机器人能像今天的智能手机一样，成为改善人类生活的重要工具。这不仅是他个人的愿景，也代表着中国新一代科技工作者的追求与担当。

（责编：李茜）