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天下文化首頁 主題 和孩子一起動動腦:科學原來這麼簡單又有趣!
科學自然

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2020.01.15
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這麼做,就對了!
看似荒謬的點子中,其實充滿了縝密的科學理論與嚴謹的實驗精神。門羅請來網球明星小威廉絲,實驗網球可否擊...
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和孩子一起動動腦:科學原來這麼簡單又有趣!



圖片來源:unsplash

Q:如何捕捉無人機(利用運動器材)

A:婚禮攝影無人機在你的頭頂上嗡嗡嗡飛來飛去。你不知道它在那裡做什麼,你希望它停下來。

假設你沒有任何複雜先進的反無人機設備,例如網子發射器、獵槍、無線電干擾器、霧網、「反無人機」無人機,或其他諸如此類的專用裝備。

如果你養了一隻受過訓練的猛禽,你可能會覺得派牠去追捕無人機是個好主意。不時有影片在網路上流傳,顯示受過訓練的猛禽抓走空中的無人機。

我們本能上對這種概念很滿意,但是任何「為了對抗搗蛋機器不惜訓練動物自我犧牲挺身而出」的計畫,恐怕都是餿主意。我們不會利用「訓練獵豹跳上摩托車」來實施時速限制。

對獵豹來說,這樣既殘酷又危險,再說,摩托車的數量遠多於獵豹的數量。全球的「機車:獵豹」比值還沒有人精確計算過,但可能達到數十萬。

同樣的,世界上的無人機肯定比猛禽還要多,而且新無人機的生產率比新猛禽的出生率高多了。全球的「無人機:老鷹」比值,比「機車:獵豹」比值更難估計,但幾乎可以確定大於1。

如果老鷹是餿主意,你還可以用什麼東西?

無人機高高在天上,所以你想要送一樣物體去天上飛。體育界人士一天到晚將物體送去天上飛。

假設你的車庫裡裝滿了運動器材,有棒球、網球拍、草地飛鏢,你想得到的都有。哪一種運動的拋射物最適合擊中無人機?誰會是反無人機最佳防衛?棒球投手?籃球選手?網球選手?高爾夫球選手?還是其他人?

有幾個因素要考慮,像是準確度、重量、射程、拋射物的大小。

很多無人機都挺脆弱的,所以我們暫時假設:只要你能擊中無人機,它就會墜毀(這當然是我的經驗)。

為了進行大致的比較,我們會用簡單的數字來評估不同運動中拋射物的準確度,數字代表射程與誤差的比值。如果你瞄準10公尺遠的目標丟球,平均誤差為2 公尺,那你的「準確比值」(accuracy ratio)就是10 除以2,等於5。

中型無人機(例如DJI Mavik Pro)機身的「目標區」大約30公分寬,代表沒丟中無人機中央的誤差是兩邊各15公分。如果無人機在離你12公尺的地方盤旋,準確比值需要達到80才能擊中它。如果拋射物較大,需要的準確比值就會低一些,因為會有較大的誤差空間。

由於無人機的形狀寬寬平平的,呈現的目標範圍不只一種,棒球或高爾夫球之類的高弧線拋射物,在準確度方面比較占優勢。足球和籃球等大型拋射物,則是具有較大的誤差範圍。

以下是針對不同運動員的一些準確比值預估(根據在競技比賽、表演或科學研究中,運動員嘗試擊中目標的紀錄)。

顯然,射箭選手是最佳選擇(如果你找得到的話)。他們結合了極高的精準度和長射程,使他們成為理想的防守者。

投手也是不錯的選擇,而且棒球可能會對無人機造成很大的傷害。籃球選手以大型拋射物和有效的弧線拋射來彌補較低的準確度。曲棍球選手、高爾夫球選手和足球踢球員可能是比較不理想的選擇。

我很好奇實際的測試數據,但有一項運動我找不到好的數據,那就是網球。我找到一些關於網球職業好手的準確度研究,但這些研究都是關於擊中球場上的目標,而不是空中的目標。

所以,我聯繫了小威廉絲(Serena Williams,美國著名女子網球選手)。

令我喜出望外的是, 她很樂意幫忙。她的丈夫亞歷克西斯(Alexis)提供一架無人機犧牲品,是照相機壞掉的DJI Mavic Pro 2空拍機。他們前往她的練習場,看看全世界最佳網球好手在「防禦機器人入侵」方面的效率如何。

我找到的少數研究顯示,與投擲拋射物的運動員相比,網球選手的分數相對較低,他們比較像足球踢球員,而不像投手。我的初步猜測是,冠軍選手發球時的準確比值差不多是50,需要嘗試五到七次,才能擊中12 公尺外的無人機。(網球會擊落無人機嗎?也許網球只會彈開、導致無人機搖晃而已!我的問題真多)。

亞歷克西斯讓無人機飛到網子上方盤旋,小威廉絲從底線發球。她發的第一球偏低。第二球從無人機的旁邊擦身而過。

第三次發球直接擊中其中一個螺旋槳。無人機旋轉了一會兒,似乎還在做最後的掙扎,接著便整個翻過來砸向球場。當亞歷克西斯走過去查看墜機現場時,小威廉絲開始大笑,無人機躺在球場上,旁邊有幾個螺旋槳碎片。

我原本預期,網球好手嘗試五到七次才能擊中無人機;她只嘗試三次就成功了。

即便只是一架機器,躺在地上的無人機顯得其慘無比。「傷害它讓我覺得非常難過,」收拾碎片之後,小威廉絲說道。「可憐的小傢伙。」

我不禁納悶:用網球打無人機是不對的嗎?我決定請教專家。我聯繫了麻省理工學院媒體實驗室的機器人倫理學家達林(Kate Darling)博士,請教她「用網球打無人機取樂」是否不對。

她說:「無人機不會介意,但其他人會介意。」她指出,儘管機器人顯然沒有感覺,但人類有感覺。「即便我們知道機器人只是機器,但我們往往把機器人當成活的看待。因此,隨著機器人設計變得愈來愈栩栩如生,你對機器人動粗時可能要三思;這可能會開始令人覺得不舒服。」

言之成理,但反過來說,我們真的應該讓自己這麼無能為力嗎?

「如果你想要懲罰機器人,」她說,「那你就搞錯目標了。」

她說的對。我們需要擔心的不是機器人,而是控制它們的人。如果你想要擊落無人機,或許你應該考慮不同的目標。

【書籍資訊】
《這麼做,就對了!》

這麼做,就對了!

出版日期:2020.01.20

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