2019年10月18日,兰德公司网站发布题为《Autonomous Unmanned Aerial Vehicles for Blood Delivery:A UAV Fleet Design Tool and Case Study》的报告,作者是克里斯托弗F.吉尔莫尔、迈克尔·查科斯基(技术分析师)和布伦特·托马斯(运筹学高级研究员)。报告要点如下:
研究的问题
(1)用小型无人机(UAV)送血会降低血液质量吗?
(2)对送血无人机有哪些能力要求?提供这种能力的最佳无人机设计是什么?
(3)驱动该设计的任务参数是什么?
(4)哪些因素在使无人机执行此任务和减轻供血网络中的后勤压力方面特别有价值?
(5)在考虑寿命周期成本时,一个通用无人机队(既执行后勤任务又执行紧急送血任务)是否优于特定任务的无人机队?
自主无人机在商业和军用市场上都在激增。血液是一个有趣的无人机运送案例研究,因为血液产品(全血、红细胞和血小板)具有有限的保质期,并且在运输和存储方式方面存在独特的限制。医学界的血液供应链可以潜在地受益于将能够按需提供的运送平台与较大的灵活性配对。
本报告评估了自主无人机(特别是小型固定翼无人机)的效用,它用于联合参谋部感兴趣的两个不同的军事任务:血液单位向医疗机构的后勤补给,以及在时间紧迫的医疗情况下向前线阵地受到创伤的人员紧急提供全血。作者根据距离、有效载荷和响应时间定义了送血任务空间,然后详细介绍了其开发的用于优化送血无人机设计的建模软件工具的使用。他们的评估工具和特定的优化公式(几何规划),揭示了许多对联合医学界具有重要意义的供应链问题,并加深了对小型无人机运输系统需求、能力和成本驱动因素的理解。
重要发现
• 对于民用血液运送,成功地使用了电池动力的无人机。卢旺达的医院使用这些系统,以便血液存储中心可以绕开较慢且较不可靠的运输基础设施,将血液快速分配到远程医疗机构。
• 自主无人机在使军队的血液供应网络更具灵活性方面具有类似的优势。无人机可将在较偏远的地方采集或存储的血液直接送到医疗机构,并在需求激增的情况下迅速在战场上重新分配血液。
• 与四旋翼无人机相比,固定翼无人机具有更高的效率,通常能够运载更多的有效载荷并能飞得更远,这使其成为此种任务最合乎逻辑的设计选择。
• 基准电池供电的无人机与执行相同任务的燃气动力飞行器之间的能效和成本比较表明,尽管电动无人机的总体效率更高,但燃气动力平台更轻,意味着单位成本更低。
• 对通用无人机进行优化设计是较好的选择(即成本最低),即使对应急无人机来说也可降低任务能源成本。
• 通用方案的寿命周期成本对后勤补给任务的最小运送距离最为敏感。应急送血平台的寿命周期成本对传热参数最为敏感,它们会增加有效负载的重量。
建议
• 为了最大程度地发挥无人机在血液运送任务中的作用,建议对极端温度和更快的运输进行额外的敏感性研究。应该研究不同的有效载荷模型,并且应该重新研究一些基础的物理模型,特别是结构模型和重量模型,以便在此分析中所使用的工具可以应用于除小型UAV设计之外的问题。
• 应该对燃气与电动两种小型无人机寿命周期成本的差异进行更详细的评估。
• 为了改进进行机队设计优化的模型,未来的开发人员应考虑任务分配问题的替代公式或其他启发式方法。
• 应在潜在的无人机采购计划开始时使用该工具,以了解与成本相关的高层次趋势并快速了解这些趋势。然后,可以通过兰德当前的飞机概念设计工具来完善这些初步优化设计输出。
• 利用该工具优化的设计应与现有的无人机平台进行比较,以确定是否甚至需要新的采办项目。