无人机宅配服务还差哪几块拼图？

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，以及对于运送的安全、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年新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卖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，包裹到达地面后，将货物从系绳中释放，当无人机飞走后，客户可以拿起包裹。


 
图一 : Google旗下无人机送货事业Wing，可将货物从贩卖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，之后根据活动类型，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。包括在营运面的考虑，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口稠密区，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于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，如果地址位于送货中心附近，就可在线采购Walmart商品，然后支付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，其关键在于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卖点，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，然受限于电池电力，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）

显然无人机若使用纯电池系统作为动力来源，就得受限于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，透过远程遥控无人直升机，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软件居首位
最后，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，亦不容小觑。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，不同于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于软件上。而要成功整合无人机交通，至少须包含5个要件，UTM软件只是其中一项。

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、以及利害关系人参与。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信息，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，则是指透过网络（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）

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，其可行性目前仍处于早期阶段，仍需要采取更多步骤，将无人机开发和整合到真正的（最后一英里）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，希望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。