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无人机宅配服务还差哪几块拼图?
无接触运送体系正加速成形中
[作者 丘燕]   2022年02月24日 星期四 浏览人次: [1531]

货物运送无人机(Delivery Drone),顾名思义是一种用来运送货物的无人机。当亚马逊(Amazon)前执行长Jeff Bezos 在2013年宣布,Amazon将投入资本,研发如何在未来4~5年内完成无人机商品运送,掀起各界探讨无人机运送货物的热潮。


但伴随而来的,是对无人机运送产生的挑战,以及对於运送的安全、保安和监管层面疑虑。此外,技术的成熟度,以及相关法令的实施也将是发展的关键所在。


新冠疫情催化 无接触运送概念加速普及

尽管存在许多疑虑,国际上已有许多成功投入使用无人机运送领域案例,特别是在医疗和食品配送应用领域。从最早2016年纽西兰达美乐披萨公司(Domino's Pizza)和无人机新创公司Flirtey(现在为SkyDrop)合作,推出商用无人机送货服务,成功完成无人机的第一次披萨外送。


疫情高峰期间,无接触运送服务概念的普及化,更加速无人机运送发展速度,包括如何替居家隔离患者提供药品及食物,如何利用无人机载运新冠疫苗等,都是当前热门话题。


从消费者角度而言,显然社会大众对无人机运送的疑虑,或许随着技术渐趋成熟,以及大环境应用的改变,其接受度也越来越高。而无人机交货方式(与顾客的互动方式),是目前用来评估无人机能否顺利导入运送,进行商品交付可行性的重要指标。


以Google旗下无人机送货事业Wing,与澳洲零售与地产商Vicinity Centers合作为例,透过商场现有闲置的屋顶空间,零售商可将货物从贩售点直接运送到客户家中,而收货方不直接与无人机交货,而是无人机在离地面约7公尺处盘旋,利用系绳将包裹缓慢下降到地面,包裹到达地面後,将货物从系绳中释放,当无人机飞走後,客户可以拿起包裹。



图一 : Google旗下无人机送货事业Wing,可将货物从贩售点直接运送到客户家中。(source:wing)
图一 : Google旗下无人机送货事业Wing,可将货物从贩售点直接运送到客户家中。(source:wing)

无人机货运要落地商用 仍存在许多挑战与条件

姑且先不论消费者对载货无人机的接受度如何,服务商要真正让无人机货物运送落地,仍有许多条件需满足及挑战须被克服。


首先,必须取得法规核准。以台湾为例,目前对无人机及其货物载重若达约25 公斤以上,须先取得检验证,之後根据活动类型,需经过能力审查及活动申请等程序。此过程可能需耗费将近半年以上,且尚有核准及许可的有效期限,若非有实际市场需求在眼前,可能提出申请的意愿不高。


而除法规议题之外,仍有几个主要因素,成为当前无人机技术在物流领域应用的限制。包括在营运面的考量,例如安装货物的容器设计,须耐用且容易操作;为降低风险须避免人囗稠密区,无人机碰撞或坠机的可能性,以及货物或文件损毁成本,所支付的保险成本应不会低於传统货物运送的保险金额;另外,就零售商而言,还须克服可能需无人机配送中心(drone port)及充电站等额外的成本。


对零售商而言,若能缩短消费者到货时间,才能领先竞争对手。Walmart去年底宣布与DroneUp合作,将在紧邻Walmart商店旁,建造三个无人机送货中心,用户在DroneUp网站上输入收货地址,如果地址位於送货中心附近,就可线上采购Walmart商品,然後支付10美元的订单运费,DroneUp无人机将在30分钟内,以空投方式交付商品。


但为扩大服务,就代表需有更多的仓储配送中心设施来营运。像是Wing与澳洲零售与地产商Vicinity Centers的合作,其关键在於利用购物中心闲置的屋顶,从2021年8月起,Wing将Grand Plaza购物中心闲置的屋顶空间设置成集货站。这让零售商可将货物直接从贩售点,将寿司、珍珠奶茶、冰沙等产品运送到客户家中,短短六周内,Wing的无人机已经完成2,500次送货服务。


在安装货物的容器设计上,Wing用来载运商品的是一只定型化的容器,设计上防水且符合空气动力学,但尺寸最大只可装进一只烤鸡,且最重只能载运1.2公斤以下商品。


技术成熟度缓慢推进中 续航力是发展瓶颈

载货无人机的技术成熟度(Technology Readiness),包括速度、耐力、距离和有效载荷,都是用来评估载货无人机能否顺利被导入市场应用的基础。


其中续航力仍然是载货无人机或检测无人机应用中,较难突破的困境,因此充电站将是不可或缺的基础设施。


以Wing轻型送货无人机为例,为全电力系统驱动,然受限於电池电力,最远航行距离只达6英哩(约9.6公里)。


目前无人机锂电池能量密度约为160Wh/kg,最高可飞行时间约落在15到20分钟,若要酬载大型货物,其续航力甚至可能降低。若增加电池尺寸或数量,便会影响到总载货重量及飞行距离。



图二 : 工研院研发以氢气为主的燃料电池,为无人机供应动力。(source:工研院)
图二 : 工研院研发以氢气为主的燃料电池,为无人机供应动力。(source:工研院)

显然无人机若使用纯电池系统作为动力来源,就得受限於电池的能量密度无法快速成长的瓶颈。以特斯拉Model 3为例,该车款使用松下的锂电池,其能量密度为260 Wh/kg,而根据松下预估未来五年内,可将能量密度提高20%。但对无人机来说,电池的能量密度需要提高到400 Wh/kg以上,才能实现可行的商业电动飞行的目标,可能缓不济急。


虽然电池能量密度的成长缓慢,但近年来高涨的环保意识,使得燃料电池无人机开始受到关注,尤其氢燃料电池具备高能量密度优势,能提供无人机长时间执行任务,最被看好。


目前国际上已有许多使用案例。2021年初,韩国斗山创新(Doosan Mobility Innovation, DMI)的氢能无人机,成功完成 2 个小时的飞行纪录。


看好燃料电池发展前景,长期投入相关研究的工研院材化所,在2020年与台湾田屋科技合作,研发以氢气为主的燃料电池,装置在田屋科技的无人直升机上,透过远端遥控无人直升机,从宜兰乌石港飞向的龟山岛,再飞回原地,单程12公里,总航程飞行40分钟。


五大整合要件 UTM软体居首位

最後,要实现无人机货物运送服务,导入无人驾驶交通管理(Unmanned Traffic Management;UTM)之必要性,亦不容小黥。因为如果未来开放无人机在有限空域做各种用途的飞行,势必得建立类似有人机的回报监视技术,以监视及管理无人机飞行,才能达到安全飞行。


目前美国国家航空暨太空总署(NASA)和欧洲单一天空飞航管理研究(Single European Sky ATM Research;SESAR),都分别努力实施美国UTM及欧盟U-Space,以建构有效的城市空域结构来管理城市空域。


可以预期的是,不同於有人驾驶的飞机的空中交通管制(ATC),无人机交通管理必须要奠基於软体上。而要成功整合无人机交通,至少须包含5个要件,UTM软体只是其中一项。


另外4个要件为:无人机Remote ID、通讯方式与涵盖范围、相关法规、以及利害关系人叁与。而这些要件目前都还在发展阶段,且都牵涉到国际间的标准化、规范及法规认证等作业挑战。


在无人机Remote ID方面,来辨识无人机的身分及位置资讯,日前美国联邦航空总署(FAA)已发布了无人机新法规。从2023年起,所有无人机都得有 Remote ID 来辨识身份,否则不得起飞;通讯方式及涵盖范围,则是指透过网路(Internet)连接,或是短距离的蓝牙或Wi-Fi 等。



图三 : 无人驾驶交通管理(Unmanned Traffic Management;UTM)的架构示意图。(source:NASA)
图三 : 无人驾驶交通管理(Unmanned Traffic Management;UTM)的架构示意图。(source:NASA)

结语

无人机运送服务仍存在法规、技术和经济可行性的问题,牵涉的层面相当多,要达到一定可靠度的无人机运送服务,其可行性目前仍处於早期阶段,仍需要采取更多步骤,将无人机开发和整合到真正的(最後一英里)物流行业。


好消息是,目前已有许多物流及零售商都竞相推出各种服务,进行无人机送货服务的各种试验,希??透过导入无人机服务,来扩大其市场占有率。可以预期未来将有更多物流商及零售商结合无人机运送服务业者,推出更多意想不到的运送服务及体验。


**刊头图(source: Flytrex)


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