技术突破核心 - 西湖大学赵世钰实验室研发的FlyingToolbox系统在国际上首次实现多架旋翼无人机的空中工具交换，解决了近距离飞行与高精度操作不可兼得的关键技术难题[3] - 该研究成果发表于Nature期刊，是中国在多旋翼无人机领域的研究成果首次登上Nature[3] - 技术突破点在于实现了"叠式"飞行状态下的高精度协同作业，使无人机从"单兵作战"迈向"群体协作"[3] 技术挑战与解决方案 - 核心技术挑战是两架无人机垂直距离接近至0.6米时会产生达13.18米/秒的下洗气流，相当于6级强风，严重干扰稳定性[6] - 研究团队设计了三个核心模块：柔性电磁对接机构实现自动吸附对接，气流扰动估计与补偿方法通过神经网络实时预测并抵消气流影响，高精度对接与操作控制技术确保亚厘米级精度[10][11][13] - 对接精度要求机械臂底部与工具顶部之间的水平位移必须小于1.5厘米[10] 系统性能与实验验证 - 实验显示FlyingToolbox能成功实现不少于20次连续对接，平均误差为0.80厘米，相较于无机械臂补偿系统6-8厘米的精度有接近一个数量级的提升[15] - 系统展示了双机协作完成空中剪彩、抓取、放置等动作，以及更复杂的三机协作任务，全部基于机载算法自主完成[16][17] - 系统具备运动中对接能力，即使工具箱无人机处于移动状态，操作无人机仍能顺利完成工具抓取，拓展了应用范围[18] 行业应用前景 - 空中作业机器人将多旋翼无人机和高自由度机械臂结合，能代替人类在难以抵达区域进行危险物品抓取、高空建筑清洁、接触式检修等作业[5] - 该技术处于低空经济和具身智能两大领域的交汇处，具有广阔的产业化前景，FlyingToolbox被视为一个"空中乐高平台"，通过模块化设计使无人机能完成更复杂任务[19] - 技术发展将使空中作业机器人帮助人类在更高更远的地方完成复杂危险任务，推动行业向更高水平发展[19]

核心技术突破 - 西湖大学工学院赵世钰实验室研发了名为“飞行工具箱”的空中协同操作系统 在国际上首次完成多架旋翼无人机的空中工具交换 实现了“叠式”飞行状态下的高精度协同作业[2] - 该研究成果发表于国际学术期刊《自然》 这也是中国在多旋翼无人机领域的研究成果首次登上《自然》[2] - 系统核心亮点在于成功解决了无人机近距离飞行与高精度操作不可兼得的关键技术难题[2] 系统构成与工作原理 - 系统由一架工具箱无人机和一架操作无人机组成 工具箱无人机能携带多种不同类型的末端执行工具 如爪子、剪刀等 操作无人机拥有可伸展机械臂[2] - 工作时 操作无人机飞到工具箱无人机上方 灵活拾取各种工具 完成任务后放回原处 再换一个工具接着工作[2] 技术挑战与精度要求 - 最大的挑战是克服竖叠式飞行时的下洗气流 在强风中实现高精度空中对接[3] - 为确保对接成功 机械臂底部与工具箱顶部之间的水平位移必须小于1.5厘米 即上方操作无人机的底端与下方工具箱无人机的顶端之间偏移不能超过“一指半”[3] 核心创新技术模块 - 研发了柔性电磁对接机构 这是一个在接触时会自动“吸附”的电磁智能接口 大大提升了对接精准度 并使用橡胶材质的弹性系绳作为连接 让对接更具“弹性”[4] - 研发了气流扰动估计与补偿方法 在工具箱无人机中预植模型可实时预测操作无人机下方任意位置的气流速度 并利用神经网络估计气流影响以调整飞行[4] - 研发了高精度对接与操作控制技术 操作无人机通过相机识别工具箱顶部的二维码判断相对距离 下方无人机实时调整6个旋翼的转速以抵消下洗气流影响[4] 应用前景与行业意义 - “飞行工具箱”被描述为一个“空中乐高平台” 未来通过模块化、可扩展的设计 将帮助人类在更高更远的地方完成更复杂更危险的任务[5] - 该技术突破解决了无人机交叠时产生强烈气流干扰导致“翻车”事故的行业级难题 为无人机协同作业开辟了新路径[2]

城市救援中，它们穿越浓烟为消防员探路，争分夺秒救人；农田上空，它们化身"空中医生"，精准喷洒农药，大幅提升农业效率……微小型无人机在人们的 生活、生产中已经扮演了重要角色。 但你可曾发现，虽然这些无人机可以单飞、可以群舞，却几乎没有两架无人机能像"叠罗汉"一样，一上一下叠飞？ 这是因为两架无人机交叠时会产生强烈的"气流干扰"，极易出现"翻车"事故，更不用提精准作业。这个看似"简单"的动作，却是无人机技术发展的一个卡 点。 北京时间9月24日晚23时，Nature报道了西湖大学工学院赵世钰实验室在该领域实现的突破，他们研发了名为FlyingToolbox（飞行工具箱）的空中协同操作 系统，在国际上首次完成了多架旋翼无人机的空中工具交换，实现了"叠式"飞行状态下的高精度协同作业，成功解决了近距离飞行与高精度操作不可兼得的 关键技术难题。 这是中国在多旋翼无人机领域的研究成果首次登上Nature。当无人机从"单兵作战"迈向"群体协作"，这些空中作业机器人将在更高更远的应用场景中，进行 人类难以完成的任务。 上线截图，原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-025-09 ...