康乃爾大學的一個學生團隊，以其在建立一個能讓數千架無人機安全共存的全國性空中交通管理系統方面的研究成果，在業界和聯邦政府引起了廣泛關注。
NASA 正透過大學學生研究挑戰（USRC）計畫贊助他們的工作，該計畫為有興趣協助該機構實現航空研究目標的大學生提供補助金。
「研究無人機的新交通管理系統並非新鮮事，」資訊科學博士生 Mehrnaz Sabet 表示，她是該補助金的主要研究員，並領導康乃爾團隊。「事實上，NASA 多年來一直領導這項工作。」
現在，透過 USRC，NASA 讓 Sabet 和她的團隊有機會透過管理無人機在空中的移動，利用他們年輕的頭腦和新穎的想法，為無人機安全提供創新的方法。
康乃爾在此領域研究的最終效益是實現先進空中交通（AAM）的全面願景，這是一個產業焦點領域，涵蓋了從城市飛行計程車、更強大的災難應變飛機，到直接送到您家門口的熱騰騰披薩等一切。
這項工作也凸顯了 NASA 對於成熟尖端技術以及透過 USRC 等計畫協助培養未來勞動力的重視。
「Sabet 和她的團隊展示了軟體、演算法、硬體、感測器開發、實驗室測試、模擬和實際飛行測試等多方面的綜合技能——這是一種罕見的組合，」NASA 空域作業與安全計畫代理主任 Parimal Koperdekar 表示。
目前，無人機操作員必須向交通管理服務機構提交詳細描述無人機預定飛行路徑的計畫。這些計畫會與其他計畫進行比對，以確保不會發生碰撞——Sabet 將此稱為策略性衝突規避。
挑戰在於，現今的空中交通管理系統在處理日益增長的空中飛行器數量方面能力有限。Sabet 表示，未來幾年將數千架無人機加入其中，將有使系統不堪重負的風險。
她說，空中需要的基本要素，實際上就是我們地面上所擁有的——每天有數百萬人在道路上開車。
作為一名駕駛，您可能知道您的整個「軌跡」，也就是您將前往目的地所走的路線。但您在出發前絕不會與路上其他所有駕駛協調您的計畫。相反地，交通法規和號誌、交通標誌等基礎設施讓您在行駛過程中能夠與其他車輛規避衝突。
無人機操作員仍必須提交飛行計畫，說明他們的預定目的地，但其理念是將這種類似汽車的靈活性融入無人機操作系統，使其在旅途中能夠適應。
「我們需要確保所有這些不同類型的無人機都能在戰術上相互規避衝突，以便它們能夠像地面上的汽車一樣安全運行。而這個缺失的環節——戰術性衝突規避——正是我們專案的核心，」Sabet 說。
康乃爾團隊研究的關鍵在於將模擬世界與真實世界整合的概念，以測試和展示無人機如何學會適應潛在的危險情況，並自行對飛行路徑進行必要的修正。
由於無法同時飛行 100 架無人機來測試他們的戰術性衝突規避想法，學生們決定創建一個完全虛擬的城市世界，以評估不同的高流量模型、間隔演算法和相關數據。
「我們專案的第一年用於適應和擴展該模擬引擎，而且進展非常順利，」Sabet 說。「但我們不想局限於模擬。我們想看看模擬如何轉化為現實世界，這更為重要。」
由於能操作的無人機數量以及飛行地點的限制——數量不多且基本上是在荒郊野外——他們尋求兩全其美的方法，結合真實與想像。
「我們最終的做法是將模擬嵌入真實的無人機中，讓無人機以為它正在一個密集的城市環境中飛行，儘管它實際上是在一個沒有真實城市景觀的開闊田野中飛行，」Sabet 說。
這使得團隊能夠嘗試不同的交通管理工具，並評估無人機如何協調航線修正以及相互避免碰撞。
在過去一年中，他們進一步推進了這一想法，在真實世界中飛行了兩架真實的無人機，每架無人機都搭載了實時模擬，使它們能夠協調並在整合測試環境中「看到」模擬交通以及彼此。
「然後我們會故意讓它們進入直接碰撞路徑，以壓力測試偵測與迴避以及協調模型，並觀察它們如何反應和協調無人機的機動以避免相互碰撞，」Sabet 說。
他們的成功引起了 NASA 無人機系統交通管理（UTM）專家的共鳴。
「令人印象深刻的是，康乃爾的研究包含了超過 10,000 次運行，涉及超過一百萬條軌跡，以及超過 200,000 小時的實驗，以了解多代理分散式協調如何安全地進行，」Kopardekar 說。
業界和聯邦航空總署（FAA）也對這項研究及其潛力做出了積極回應。該團隊被要求利用其基礎設施和技術，虛擬重現 2025 年在亞利桑那州發生的一對無人機與固定起重機相撞的事件。該團隊還展示了如何可以預防該事故的發生。
該團隊還被要求模擬加州最近發生的真實火災，以展示無人機如何更好地協調其行動，以便為地面公共安全官員提供態勢感知，並避開滅火飛機。
據康乃爾團隊稱，FAA 有興趣應用該專案的虛擬與真實世界測試結合方法，以評估在日益複雜的操作條件下的無人機運行。
「這種混合現實類型的操作複雜性使他們能夠以前所未有的方式測試無人機運行，」Sabet 說。
得益於 NASA 透過 USRC 的支持，康乃爾團隊將繼續擴展其能力，並管理日益複雜的先進空中交通運營。
「我們的目標是建立基礎系統，實現空中安全、大規模的自主飛行，」Sabet 說。
USRC 是 NASA 航空研究任務理事會下屬的變革性航空概念計畫中的一項機會。
Jim Banke 是一位經驗豐富的航空航太傳播者，在佛羅里達州卡納維爾角擁有超過 40 年的作家、製片人、顧問和專案經理經驗。他是 NASA 航空戰略傳播團隊的一員，也是 nasa.gov 航空主題的執行編輯。他於 2007 年獲得傑出公共服務獎章，這是 NASA 給予非政府僱員的最高榮譽。
NASA 探索太空與航空的未知領域，為人類福祉創新，並透過發現啟發世界。
