近日，德國弗勞恩霍夫協(xié)會通訊、信息處理和人機工程學研究所（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練出的人工智能軟件和微型數(shù)字麥克風構成的陣列，來保證搜尋有效性和快速性。

一、無人機搜救新方向：空中聲學定位

該項目首席科學家之一瑪卡麗娜·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的地方?！?/p>

“配置”不同的無人機，常應用于不同場景。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地區(qū)受災人員運送醫(yī)療用品和其他物品。美國華盛頓大學研究人員設計研發(fā)使用氣味來定位災難幸存者的無人機，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定位面臨挑戰(zhàn)——聽覺裝置需要在人類叫聲和自然界中經常發(fā)生的聲音（例如動物叫聲和風聲）之間進行破譯，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

FKIE的工程師在構建無人機時，考慮了環(huán)境噪音和非人聲求救信號因素，并根據這些進行設計。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，并用這些特征來訓練人工智能軟件，調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雜。研究人員選擇了能在智能手機上找到的微型麥克風類型，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陣列裝備在無人機下方，結合先進的信號處理技術，來定位求救人員產生特定聲音的準確位置。陣列中空間分布和麥克風數(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”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，以使其更好地檢測更多聲音。

這不是大眾第一次看到科學家考慮使用聲音來增強無人機的能力。去年，美國普渡大學的研究人員開發(fā)了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許無人機使用四個麥克風和一個揚聲器進行導航。

結語：“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、三維激光雷達和熱成像儀等傳感器設備，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備后，有望彌補現(xiàn)有傳感探測器的不足，在災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