无人机实现数小时内为卢旺达全境运送紧急血液包 | 广东省智能创新协会

发布日期:2019-06-06 10:00
近日,Zipline将其智能无人机投入天空,无人机通过降落伞为卢旺达各地的医院投送血液产品。



卢旺达被称为千山之国,当我们从小镇穆汉加(Muhanga)开车到更小的基纳兹(Kinazi)时,我们的车似乎越过了它们。前往卢旺达西部50公里的行程将花费我们一个多小时。我们正在前往与携带血液的无人机会合,将在14分钟内完成旅程。

该无人机由总部位于加利福尼亚州的Zipline公司运营,该公司专注于在基础设施薄弱的地区提供医疗用品。在我们到达Kinazi医院后不久,固定翼无人机就出现了。在一个眨眼间,你会想念它的时刻,无人机下降,在它的肚子里打开一扇门,然后放下一个小包裹,降落在地上。当一名工作人员穿过医院停车场接收包裹时,无人机立即开始爬上并消失在山上 - 不到半小时前由WhatsApp订购的一批血液。
然后我们爬回我们的汽车开始我们的骨头震动返回驱动器到Zipline的发射场之一Muhanga,在泥路上蜿蜒前行。当我们回来的时候,无人机正顺利地飞向卢旺达其他地方的另一家医院,肚子里装着一包新鲜血液。

无人机交付是一种未来主义的想法,它吸引了公众的想象力,并且有很多尝试将其变成商业现实。亚马逊,谷歌和多米诺比萨都完成了精心控制的示范和试点项目,向后院和田地提供防晒霜,墨西哥卷饼和(当然)披萨等物品。但世界正在等待任何公司是否能找到一种商业模式,使无人机交付成为可持续和有利可图的努力。

答案可能在卢旺达,在那里,Zipline每天向全国25家医院和诊所运送血液。Zipline认为运输救生医疗用品(通常是轻型和急需的)将成为无人机的杀手级应用。
我们访问了Zipline的卢旺达业务,以了解构建基于无人机的交付服务所面临的技术挑战。我们发现该公司针对血液输送进行了优化的强制性无人机,以及将其整合到该国医疗系统的详细计划。Zipline的方法可能成为非洲的典范,因为该公司的创始人今年将无人机服务扩展到非洲大陆的其他国家。尽管到目前为止该公司的技术和后勤成功,Zipline仍然必须证明它可以扩大其业务 - 它可以大到足以匹配其飙升的野心。



自20世纪90年代以来,卢旺达迅速实现了现代化,当时该国开始从内战和种族灭绝中恢复过来。这种变化非常显着:自2000年以来,生活在贫困线以下的人口比例从59%下降到39%,预期寿命增加了近20年。政府的Vision 2020国家发展计划强调技术基础设施,光纤电缆现在与主要道路并列。超过95%的人口被4G蜂窝网络覆盖。

政府还在医疗保健方面投入了大量资金。但是,它建设医院和诊所的努力已经导致一些闪亮的新医疗设施向患者敞开大门,然后通往他们的道路得到了改善。在绕着山丘转弯的双车道高速公路上交通缓慢,而向小城镇分支的道路很快变成泥土。
对于需要关键医疗用品的医院来说,卢旺达的道路是一个真正的问题。医院管理人员最担心的是血液和血液制品,这些产品的保质期短,存储要求严格。同样难以预测在给定设施中需要多少种每种血型,以及何时需要。在紧急情况下,卢旺达医院可能需要长达5个小时才能通过公路接收血液,这对于有需要的患者来说很容易就意味着死亡。

2014年,三位企业家William Hetzler,Keller Rinaudo和Keenan Wyrobeck创立了Zipline,目标是通过无人机的按需交付来解决这些问题。卢旺达是理想的试验台,地形复杂,面积相对较小(与美国马里兰州大致相同),广泛的无线连接和接受政府。
外界观察人士对公司目前的努力持谨慎乐观态度。“我喜欢Zipline在卢旺达的做法 - 他们在商业上运营,这比大多数无人机交付公司正在做的更多,” 瑞士创业公司Rigitech的联合创始人兼首席执行官Adam Klaptocz说,该公司正在使用小型无人机连接农村社区在发展中国家。“他们并不想成为所有无人机交付的解决方案,”Klaptocz说。“但他们正在做这件事,看起来他们做得比现有的做得好。”
Zipline在卢旺达有两个履行中心,它们称之为“巢穴”。我们参观过的Muhanga巢距离基加利首都约50公里,由于笨重的卡车堵塞了主要部分而开车2小时。道路。它的一小群建筑物紧靠玉米田,每当无人机从低处飞过时,在田间工作的当地人勉强移开。
一周几次,血液和血液制品通过卡车到达这里。当我们访问期间收到一批货物时,Zipline的国家实施负责人以色列Bimpe微笑着向我们说:“血液就在这里!”工人们开始行动,将全血,血浆和血小板转移到冰箱。当医院通过电话,网站,WhatsApp或SMS向医院发出命令时,工人将所需的包裹包裹在填充物中,然后将包装成一个装有蜡纸降落伞的鲜红色盒子。



技术人员将盒子和降落伞放在弹簧式舱口后面的无人机腹部,然后将模块化电池组卡入无人机的机头。两个人携带无人机到一个13米长的电动弹射器,由一组超级电容器供电,然后借助智能手机应用程序运行预检清单。Zipline确认无人机与卢旺达民航局的飞行计划并要求航班许可,而该公司的技术人员尽最大努力说服热心的当地孩子远离发射安全距离。最后,令人满意的晃动,弹射器将无人机向天空飞行,将其加速到每小时100公里半秒钟 它迅速从卢旺达的乡村上升到120米的巡航高度。这是一个戏剧性的时刻 - 在Muhanga它每天发生20至30次。



一旦无人机 - 公司称之为Zip-离开了弹射器,它就完全自主了。虽然Zipline和卢旺达民航局都跟踪飞机并且可以随时重定向,但在实践中,Zips几乎被遗忘,直到他们回到家,任务完成。在空中,每个Zip遵循预定的飞行计划,通过卢旺达的无线网络传递其位置和状态的数据。



我们访问Kinazi医院,这是一个较近的分娩地点,向我们展示了Zip旅程的另一端。在无人机到达前大约5分钟,医院工作人员收到一个自动文本警报,告诉他们派人到外面等待交付。在Kinazi,这意味着在医院停车场附近的一个小草地边缘等待。在我们访问期间,工作人员只有在无人机丢弃包裹后才能到达,这只是表明无人机的血液输送在卢旺达不再令人兴奋。



拉链可以携带相对较大的有效载荷,因为它们是固定翼飞机,它比旋翼飞机(例如今天常见的四轴飞行器)具有更高的空气动力学效率。从弹射器发射固定翼无人机很容易,但安全着陆 - 没有起落架或漫长的跑道 - 是一项挑战。Zipline的解决方案是一个恢复系统,团队亲切地称之为Tall Bob。它的两个10米高的塔楼各有一个垂直安装的旋转臂,并在两个臂之间串起一根电缆。当一个返回的Zip在这两个塔之间飞行时,手臂在几分之一秒内向上旋转,以便将电缆钩在Zip尾部下方的一个小金属钩上。无人机被拉到几米之内,然后手臂让无人机在塔之间向下摆动。原则上,



要重置系统,工作人员只需将Zip拉离地面的电线,然后将臂向上旋转以准备下一次捕获。Zipline团队已经习惯了其无人机捕捉系统的卓越精确度,但在我们的访问期间,我们永远不会厌倦看到电线从天空中拔出Zips。



虽然当侧风过于激烈时拉链不能发射,但是一旦它们在空中飞行时它们可以处理大风和下雨,因此发射场的与天气有关的延迟往往是短暂的。但该系统并非完美无缺:如果强劲的风头消耗过多的电池电量,Zips将会转向,尽管有双电机和冗余副翼用于飞行控制,但有时会发生机械故障。如果拉链不能让它回到巢穴,它可以自动部署降落伞,使自己轻轻地落在地面上。Zipline估计紧急降落伞在大约一千次飞行中部署。



每天都会有数十个订单进入,Zipline需要确保它始终有无人驾驶飞机。因此,其工程师将Zips设计为尽可能模块化,使技术人员可以轻松拆卸不同的零件进行维修。虽然这种修理很常见,特别是在带有应变的机翼上,但总是有足够的部件可以拼接成完全组装的无人机。一组充电器确保充电电池组随时可以插入正在准备发射的无人机中。
位于Muhanga的Zipline工厂平均需要10分钟才能完成订单。但Zipline的工程师认为这个时间太长了9分钟。Bimpe表示,对流程的渐进式更改最终将使他们能够在不到60秒的时间内完成订单。“我们只需要更多地改进它,”他说。“它正在调整操作程序并改进软件,将时间缩短到1分钟。我们收到订单,一旦我们完成包装,我们就把它放在Zip上,它就准备好了。“
拉链自身的预期改善将提升范围:今天,Zipline提供的最远的医院是Butaro地区医院,距离大约80公里(距离Zip有45分钟)。因为重量决定了无人机可以飞多长时间和多远,所以Zipline的工程师总是在寻找减轻负荷的方法。大部分焦点都集中在电池上,电池是飞机中最重的部件。Zipline的电池主管迈克尔纽豪斯说:“我们打得超级,超级难以削减克。” Zipline团队使用他们可以拿走的最小规格的电线和特殊的剥线器来去除多余的绝缘材料,从而节省了几克的克数。



Zipline的无人机是模块化的。当订单进入时,技术人员将三个主要部件拼接在一起:轻质泡沫底盘[1],机翼[2]和电池单元[3],其中还包含飞行计划。扫描QR码[4]启动无人机系统的自动预检测试。为了防止无人机在轻微机械故障时飞行,机翼上有两个电机[5]和多余的副翼[6],有助于保持飞行控制。无人机的货舱[7]包含血液包,直到它降落到交付地点。
为了避免需要一条漫长的起飞和降落跑道,电动弹射器发射无人机,塔架之间的电线通过钩住无人机尾部的3厘米金属钩[8]来捕获返回的无人机。
目前的Zipline电池结合了精密工程和手工制作的魅力。为了制造一个电池,技术人员将144个独立的锂离子电池 - 每个仅略大于AA电池 - 放入电池盒的插槽中,手工环氧树脂并将它们连接在一起。“在爱好建筑和装配线之间感觉中途,”纽豪斯说。这些电池首先在卢旺达现场组装,但现在直接从加利福尼亚运输。
Zipline的新一代电池目前正在开发中,将更容易组装,电池可以滑入预制板并点焊到位。然而,公司似乎无法停止重新审视,重新考虑和改进其设计。“每公斤瓦时,”纽豪斯说,他指的是推动公司电池设计过程的重要指标。“这就是制造或破坏你的系统的原因。”
尽管人们非常注重保持无人机的重量,但今天的Zips可以承载1.3千克的有效载荷。一些容量有余“现在,我们这一代,我们能够提供的血两个单位,”说,埃里克·沃森,Zipline的系统工程师。该公司目前正在进行的改造后的Zip将具有更轻的底盘,更高效的电池和1.75千克的有效载荷,使得一架无人机一次可以携带多达三个单位的血液。它还将有一个接收器用于来自其他飞机的转发器信号,一个使用卫星链路的备用通信系统,以及船上感应和避免设备,Watson说,“能够检测并避免在我们的空域中不合作的飞机。 “随着天空越来越拥挤,这项先进功能可能会成为无人机安全的关键系统。
虽然 无人机交付所涉及的技术令人印象深刻,但经济学更加不确定。专家说,Zipline的高科技血液输送解决方案是一个旧故事的新转折。“前往非洲的任何一家医院,你都会找到一个机器的墓地,” 瑞士洛桑联邦理工学院的Afrotech主任Jonathan Ledgard说,直到2016年。“非洲的整个历史是医疗设备那太贵了。“
Ledgard指出,Zipline目前获得卢旺达政府的补贴,以使医院的服务价格适中。他表示如果这些补贴结束,该公司可能会遇到麻烦。“一旦补贴结束,他们必须收取的价格点远远超过发展中国家,”Ledgard说。



覆盖一个国家: Zipline的无人机可以沿着预定的路线飞往80公里以外的医院,允许两个分布点覆盖几乎所有的卢旺达。
Zipline不愿透露其卢旺达履约中心的运营成本或卢旺达政府每次运送支付的费用。该公司承认,无人机的常规血液输送目前比地面车辆的常规输送更昂贵,地面车辆每次装载的血量更多。但Zipline认为经济在紧急情况下会发生变化。
随着Zipline寻求将其交付服务扩展到更多非洲国家,成本和可持续性正成为讨论的核心议题。它在2018年在坦桑尼亚的第一次扩建工作在与政府的合同谈判中失败了。但是在2018年底,加纳政府批准了一份为期四年的合同 [PDF],用无人机提供血液和其他医疗用品,Zipline估计价值1250万美元。
加纳计划要求建立四个履行中心,每天交付100至150次。加纳政府估计每次运送费用为17美元。该国议会中的少数党和加纳卫生局都批评该合同过于昂贵,并认为可以更好地将资金用于其他地方。然而,合同获得批准,Zipline已经开始从该国的第一个配送中心交货。
从长远来看,Zipline认为减少医疗系统中的浪费将有助于无人机为自己付费。在卢旺达,收集,测试和储存血液单位的费用约为80美元。在Zipline出现之前,大约7%的血液包已经过期而未被使用,每年使卢旺达政府损失超过100万美元。在2018年,Zipline服务的医院根本没有浪费血液包。
Ledgard说,Zipline可能会找到一种有效的商业模式 - 但仅限于救生医疗服务。他说目前的无人机无法与日常交付的摩托车竞争,后者可以携带大约15公斤的摩托车。“直到你达到6或更多可能12公斤[无人机],这是不可行的,”Ledgard说。然而,他为Zipline赢得了一个无人机公司的优势。“他们已经完成了像我这样的人一直在谈论的事情,”他说。“我把帽子拿给他们。”
截至记者发稿时,Zipline的无人机飞行总计超过100万公里。随着Zipline扩大其运营规模,它可能会在六个月内完成下一个百万公里的计时。除了扩展到加纳之外,Zipline还是美国联邦航空管理局(Federal Aviation Administration)运营的试点项目的一部分,该项目将在今年晚些时候测试北卡罗来纳州农村地区的医疗交付。
卢旺达政府最近向Zipline颁发了一份为期三年的新合同,其中包括提供除血液之外的其他医疗产品的规定,如药品和疫苗。服务扩张意味着Zips将很快投入许多小诊所,而不仅仅是医院。Zipline还计划在卢旺达组装无人机,而不是从美国进口。显然,Zipline在卢旺达留下来。
当我们收拾行李时,它已经在Zipline的Muhanga鸟巢变暗了,并准备好长途蜿蜒的行程回到基加利。红色着陆灯沿着Zips跟随的进近路径开启 - 无人机不需要灯光,但它们看起来很酷。在远处,我们可以听到另一个Zip回家后发出血液的微弱嗡嗡声。在地球上的任何其他地方,它都是未来主义的。在卢旺达农村,这只是例行公事。