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無人機宅配服務落地近在咫尺
無接觸運送體系正加速成形中
[作者 丘燕]   2022年02月24日 星期四 瀏覽人次: [1597]

貨物運送無人機(Delivery Drone),顧名思義是一種用來運送貨物的無人機。當亞馬遜(Amazon)前執行長Jeff Bezos 在2013年宣布,Amazon將投入資本,研發如何在未來4~5年內完成無人機商品運送,掀起各界探討無人機運送貨物的熱潮。


但伴隨而來的,是對無人機運送產生的挑戰,以及對於運送的安全、保安和監管層面疑慮。此外,技術的成熟度,以及相關法令的實施也將是發展的關鍵所在。


新冠疫情催化 無接觸運送概念加速普及

儘管存在許多疑慮,國際上已有許多成功投入使用無人機運送領域案例,特別是在醫療和食品配送應用領域。從最早2016年紐西蘭達美樂披薩公司(Domino's Pizza)和無人機新創公司Flirtey(現在為SkyDrop)合作,推出商用無人機送貨服務,成功完成無人機的第一次披薩外送。


疫情高峰期間,無接觸運送服務概念的普及化,更加速無人機運送發展速度,包括如何替居家隔離患者提供藥品及食物,如何利用無人機載運新冠疫苗等,都是當前熱門話題。


從消費者角度而言,顯然社會大眾對無人機運送的疑慮,或許隨著技術漸趨成熟,以及大環境應用的改變,其接受度也越來越高。而無人機交貨方式(與顧客的互動方式),是目前用來評估無人機能否順利導入運送,進行商品交付可行性的重要指標。


以Google旗下無人機送貨事業Wing,與澳洲零售與地產商Vicinity Centers合作為例,透過商場現有閒置的屋頂空間,零售商可將貨物從販售點直接運送到客戶家中,而收貨方不直接與無人機交貨,而是無人機在離地面約7公尺處盤旋,利用繫繩將包裹緩慢下降到地面,包裹到達地面後,將貨物從繫繩中釋放,當無人機飛走後,客戶可以拿起包裹。



圖一 : Google旗下無人機送貨事業Wing,可將貨物從販售點直接運送到客戶家中。(source:wing)
圖一 : Google旗下無人機送貨事業Wing,可將貨物從販售點直接運送到客戶家中。(source:wing)

無人機貨運要落地商用 仍存在許多挑戰與條件

姑且先不論消費者對載貨無人機的接受度如何,服務商要真正讓無人機貨物運送落地,仍有許多條件需滿足及挑戰須被克服。


首先,必須取得法規核准。以台灣為例,目前對無人機及其貨物載重若達約25 公斤以上,須先取得檢驗證,之後根據活動類型,需經過能力審查及活動申請等程序。此過程可能需耗費將近半年以上,且尚有核准及許可的有效期限,若非有實際市場需求在眼前,可能提出申請的意願不高。


而除法規議題之外,仍有幾個主要因素,成為當前無人機技術在物流領域應用的限制。包括在營運面的考量,例如安裝貨物的容器設計,須耐用且容易操作;為降低風險須避免人口稠密區,無人機碰撞或墜機的可能性,以及貨物或文件損毀成本,所支付的保險成本應不會低於傳統貨物運送的保險金額;另外,就零售商而言,還須克服可能需無人機配送中心(drone port)及充電站等額外的成本。


對零售商而言,若能縮短消費者到貨時間,才能領先競爭對手。Walmart去年底宣布與DroneUp合作,將在緊鄰Walmart商店旁,建造三個無人機送貨中心,用戶在DroneUp網站上輸入收貨地址,如果地址位於送貨中心附近,就可線上採購Walmart商品,然後支付10美元的訂單運費,DroneUp無人機將在30分鐘內,以空投方式交付商品。


但為擴大服務,就代表需有更多的倉儲配送中心設施來營運。像是Wing與澳洲零售與地產商Vicinity Centers的合作,其關鍵在於利用購物中心閒置的屋頂,從2021年8月起,Wing將Grand Plaza購物中心閒置的屋頂空間設置成集貨站。這讓零售商可將貨物直接從販售點,將壽司、珍珠奶茶、冰沙等產品運送到客戶家中,短短六週內,Wing的無人機已經完成2,500次送貨服務。


在安裝貨物的容器設計上,Wing用來載運商品的是一只定型化的容器,設計上防水且符合空氣動力學,但尺寸最大只可裝進一隻烤雞,且最重只能載運1.2公斤以下商品。


技術成熟度緩慢推進中 續航力是發展瓶頸

載貨無人機的技術成熟度(Technology Readiness),包括速度、耐力、距離和有效載荷,都是用來評估載貨無人機能否順利被導入市場應用的基礎。


其中續航力仍然是載貨無人機或檢測無人機應用中,較難突破的困境,因此充電站將是不可或缺的基礎設施。


以Wing輕型送貨無人機為例,為全電力系統驅動,然受限於電池電力,最遠航行距離只達6英哩(約9.6公里)。


目前無人機鋰電池能量密度約為160Wh/kg,最高可飛行時間約落在15到20分鐘,若要酬載大型貨物,其續航力甚至可能降低。若增加電池尺寸或數量,便會影響到總載貨重量及飛行距離。



圖二 : 工研院研發以氫氣為主的燃料電池,為無人機供應動力。(source:工研院)
圖二 : 工研院研發以氫氣為主的燃料電池,為無人機供應動力。(source:工研院)

顯然無人機若使用純電池系統作為動力來源,就得受限於電池的能量密度無法快速成長的瓶頸。以特斯拉Model 3為例,該車款使用松下的鋰電池,其能量密度為260 Wh/kg,而根據松下預估未來五年內,可將能量密度提高20%。但對無人機來說,電池的能量密度需要提高到400 Wh/kg以上,才能實現可行的商業電動飛行的目標,可能緩不濟急。


雖然電池能量密度的成長緩慢,但近年來高漲的環保意識,使得燃料電池無人機開始受到關注,尤其氫燃料電池具備高能量密度優勢,能提供無人機長時間執行任務,最被看好。


目前國際上已有許多使用案例。2021年初,韓國斗山創新(Doosan Mobility Innovation, DMI)的氫能無人機,成功完成 2 個小時的飛行紀錄。


看好燃料電池發展前景,長期投入相關研究的工研院材化所,在2020年與台灣田屋科技合作,研發以氫氣為主的燃料電池,裝置在田屋科技的無人直昇機上,透過遠端遙控無人直昇機,從宜蘭烏石港飛向的龜山島,再飛回原地,單程12公里,總航程飛行40分鐘。


五大整合要件 UTM軟體居首位

最後,要實現無人機貨物運送服務,導入無人駕駛交通管理(Unmanned Traffic Management;UTM)之必要性,亦不容小覷。因為如果未來開放無人機在有限空域做各種用途的飛行,勢必得建立類似有人機的回報監視技術,以監視及管理無人機飛行,才能達到安全飛行。


目前美國國家航空暨太空總署(NASA)和歐洲單一天空飛航管理研究(Single European Sky ATM Research;SESAR),都分別努力實施美國UTM及歐盟U-Space,以建構有效的城市空域結構來管理城市空域。


可以預期的是,不同於有人駕駛的飛機的空中交通管制(ATC),無人機交通管理必須要奠基於軟體上。而要成功整合無人機交通,至少須包含5個要件,UTM軟體只是其中一項。


另外4個要件為:無人機Remote ID、通訊方式與涵蓋範圍、相關法規、以及利害關係人參與。而這些要件目前都還在發展階段,且都牽涉到國際間的標準化、規範及法規認證等作業挑戰。


在無人機Remote ID方面,來辨識無人機的身分及位置資訊,日前美國聯邦航空總署(FAA)已發布了無人機新法規。從2023年起,所有無人機都得有 Remote ID 來辨識身份,否則不得起飛;通訊方式及涵蓋範圍,則是指透過網路(Internet)連接,或是短距離的藍牙或Wi-Fi 等。



圖三 : 無人駕駛交通管理(Unmanned Traffic Management;UTM)的架構示意圖。(source:NASA)
圖三 : 無人駕駛交通管理(Unmanned Traffic Management;UTM)的架構示意圖。(source:NASA)

結語

無人機運送服務仍存在法規、技術和經濟可行性的問題,牽涉的層面相當多,要達到一定可靠度的無人機運送服務,其可行性目前仍處於早期階段,仍需要採取更多步驟,將無人機開發和整合到真正的(最後一英里)物流行業。


好消息是,目前已有許多物流及零售商都競相推出各種服務,進行無人機送貨服務的各種試驗,希望透過導入無人機服務,來擴大其市場佔有率。可以預期未來將有更多物流商及零售商結合無人機運送服務業者,推出更多意想不到的運送服務及體驗。


**刊頭圖(source: Flytrex)


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