Autonomous Advanced Aerial Mobility — An End-to-end Autonomy Framework for UAVs and Beyond

要約

人間の介入なしに安全に航行し、割り当てられた任務を遂行することができる空中ロボット、すなわち乗客や物資の完全自律的な空中移動の開発は、空中自律性空間における研究、設計、開発の取り組みを導く大きなビジョンである。しかし、空域を共有しながら完全自律的に動作するすべてのタイプの空中輸送体を同時に運用することは、非常に困難である。航空輸送分野の完全自律化には、車両を動かす技術の設計、マルチエージェント・フリートの運用、航空分野の厳しい安全要件を満たす認証プロセスなど、いくつかの側面が含まれる。そのため、自律型高度空中移動はまだ曖昧な用語であり、研究者や専門家にとってその結果は曖昧である。このギャップに対処するため、我々は、都市航空モビリティ、荷物配達、監視などの様々なアプリケーションのための無人航空機（UAV）と電動垂直離着陸（eVTOL）航空機の使用を含む自律型高度空中モビリティの新興分野に関する包括的な視点を提示する。本稿では、センシング、知覚、プランニング、制御という4つの主要ブロックからなる、スケーラブルで拡張可能な自律性フレームワークを提案する。さらに、本稿では、自律飛行システムのテスト、検証、認証の側面だけでなく、マルチエージェント・フリートの運用と管理における課題と機会についても論じている。最後に、本稿は空中自律のためのモノリシックモデルの可能性を探り、その利点と限界を分析する。この視点は、自律的な高度空中移動分野とその将来の方向性の全体像を提供することを目的としている。

要約(オリジナル)

Developing aerial robots that can both safely navigate and execute assigned mission without any human intervention – i.e., fully autonomous aerial mobility of passengers and goods – is the larger vision that guides the research, design, and development efforts in the aerial autonomy space. However, it is highly challenging to concurrently operationalize all types of aerial vehicles that are operating fully autonomously sharing the airspace. Full autonomy of the aerial transportation sector includes several aspects, such as design of the technology that powers the vehicles, operations of multi-agent fleets, and process of certification that meets stringent safety requirements of aviation sector. Thereby, Autonomous Advanced Aerial Mobility is still a vague term and its consequences for researchers and professionals are ambiguous. To address this gap, we present a comprehensive perspective on the emerging field of autonomous advanced aerial mobility, which involves the use of unmanned aerial vehicles (UAVs) and electric vertical takeoff and landing (eVTOL) aircraft for various applications, such as urban air mobility, package delivery, and surveillance. The article proposes a scalable and extensible autonomy framework consisting of four main blocks: sensing, perception, planning, and controls. Furthermore, the article discusses the challenges and opportunities in multi-agent fleet operations and management, as well as the testing, validation, and certification aspects of autonomous aerial systems. Finally, the article explores the potential of monolithic models for aerial autonomy and analyzes their advantages and limitations. The perspective aims to provide a holistic picture of the autonomous advanced aerial mobility field and its future directions.

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