无人机(Unmanned Aerial Vehicle，简称UAV)的应用越来越多元，在世界各地的空域中变得越来越普遍，物流运输便是一例。无人机可用于从物流中心运送货物至目的地，然后可返回物流中心以取回其他货物以用于另一次运输至另外的目的地。

2013年，亚马逊(Amazon) 创始人Jeff Bezos在接受采访时，首次公开「利用无人机送货给客户」的新型物流概念[1]， Bezos播放了一段 Prime Air 演示视频，展示了他的八旋翼无人机可在30分钟内将包裹直接送到你家门口的提议，当时很多人提问这样一个大胆的想法如何真正在现实生活中实现。如今，透过5G联网及人工智能技术，无人机将商品直接送到客户身边的场景已不再遥不可及。

Amazon自2013年宣布利用无人机送货的构想以来，积极的向美国专利商标局(USPTO)提交申请有关无人机先进物流概念和技术的专利，包括飞机设计、安全和防御系统、将货物从空中转移到地面的方法以及蜂巢式物流中心等专利，甚至开始聘请专利律师专门在PrimeAir部门工作。从这些专利文献可洞悉该公司逐步实现无人机物流理念的企图心，更在当今现实的生活与商业应用中证实了它并非虚构捏造。

无人机物流之通用系统设计

首先，我们先来看一下它最早关于无人机物流概念之通用系统设计专利。2014年9月30日Amazon向USPTO提交申请一件名为无人机递送系统(Unmanned aerial vehicle delivery system)的美国专利(专利公告号US9573684B2)，揭示了一种可自主地将库存物品递送至各个目的地的无人驾驶飞行器(UAV)，该UAV可以接收库存信息和目的地位置，以及自主地检索库存和规划运送到目的地的路线，最终航行到目的地以交付库存。图1显示无人机200可以被配置成形成无线网状网络，其利用Wi-Fi、卫星等现有无线网络，使得每个无人机与无线范围内的其它无人机相互通信。无人机相互联网以相互更新信息，如天气状况及监控周围环境是否有动物或人等障碍物。图2则揭示了2013年Amazon创始人接受采访时最早透漏的新想法：利用八旋翼无人机运送货物给客户的物流概念。如图所示，无人机200包括八个螺旋桨(202-1~202-8)围绕无人机的框架204间隔。虽然此示例包括八个螺旋桨，但在其他实施中可以使用或多或少的螺旋桨。

具有旋转叶片的商用无人机市场的优势，包括可在狭窄的空间中动作，处理一些精细的处理任务，在未来六年中的复合年增长率可望超过55%。

图1：无人机递送系统及其无线网状网络图

图片来源：专利公告号US9573684B2

图2：Amazon八旋翼无人机物流自上向下的视图

图片来源：专利公告号US9573684B2

特殊物流中心设计 强化商品递送效率

物流中心通常是单层大面积的仓库建筑，用于将递送给客户之前暂时存放物品。为了要有足够的空间容纳储放物品，通常这些大型建筑物占地面积都很大且位于郊区，但郊区地点并不方便向人口稠密的城市送货。因此，越来越需要将物流中心设在市区和城市人口稠密的地区，可以更快地交付给居住在城市中不断增加的大量人口。都市内的运送需求不断提高，若能在都市中设有多层物流中心，将可大幅增进物流效率。

亚马逊设计了一种多层物流中心用以提供无人飞行载具(UAV)(108)在人口稠密的城市环境中可以降落和起飞，并在2015年12月18日向USPTO提出专利名称为「无人飞行载具多层物流中心（multi-level fulfillment center for unmanned aerial vehicles）」的美国专利(公告号US9777502B2)，专利家族还包括欧洲、日本、中国以及PCT申请案等多国专利申请，且皆主张该美国专利申请日(2015年12月18日)为其最早优先权日。

与传统的物流中心不同，该座设计用来协助无人飞行载具(UAV)着陆和起飞的多层物流中心(图3)，包括数层楼面且较佳设立在人口稠密的都会地区。货物经由地面运送载具到多层物流中心后，再由无人机执行都心内的递送；这样的多层物流中心因为具有复数个起降地点，利于UAV将商品运送至客户住处时起飞和降落使用。因此，该美国专利US9777502B2的国际专利分类号之一被归类为E04H 14/00，表示其具有特殊用途或双重用途之建筑物；另一主要国际专利分类号为B64F 1/00，属于航空运输领域中之地面设施，更具体而言，是用于运货之物流中心(合作专利分类[2]CPC为B64F 1/32)。

图3：Amazon设计用于无人机起降的多层物流中心示意图

图片来源：美国专利公告号US9777502B2

图3显示物流中心的外部壳体包括许多通孔114以及向外延伸的无人机停放平台106，通孔114可使无人机能够在飞行状态下进出多层物流中心100，无人机透过通孔114可将商品放置于平台106上，将商品归位固定后，无人机就可以继续执行下一趟运送任务。其中，通孔114可以是圆形、矩形、卵形、多边形的或以其他方式成形以容纳无人机的进出。此外，通孔114可彼此间隔开以在不与其他UAV冲突的情况下实现起飞和降落。

在该专利所载的一项实施例中，物流中心的外观被设计为像圆锥体且具有流线外型的蜂窝塔(beehive)状(图4)，每一个UAV平台(304、306、….)具有不同高低层次水平，无人机穿梭其中犹如科幻类型电影中外星人搭太空飞船或飞碟入侵地球般的画面。

图4：Amazon设计具有朝物流中心顶部汇聚的多层物流中心

图片来源：美国专利公告号US9777502B2

另，为了节省电能，该专利还设计一种外部壳体具有网格(grid)804结构的多层物流中心(图5)，用以移动无人机停放平台802，例如从较下层的位置移到较上层的位置，这样无人机就可以从较高的位置出发，节省无人机从下层往上飞行爬升的电能。

图5：Amazon设计具有网格结构的多层物流中心

图片来源：美国专利公告号US9777502B2

建立网状网络自我识别系统

一般来说，无人机在空中交通最繁忙且最难以预测的低空运行，空域管理相对重要。空域管理是指为维护国家安全，兼顾民用、军用航空的需要和公众利益，统一规划，合理、充分、有效地利用空域的管理工作。无人机自主运行必须主动避免与在公共空域运行的其他无人机发生干扰，为了避免空域内附近无人机之间的相互作用，Amazon在2015年2月27日向USPTO申请一件美国专利(公告号US9646502B1，简称’502专利)，描述建立相互连接的网状网络，其中中央控制站和无人机代表网状网络的各个节点以便识别空域内的每架无人机。如图6所示，’502专利揭示了一种自动无人机自我识别系统，透过网状通信网络和代表该网状网络各个节点的无人机(102、104、106、112)及中央控制站110自动识别在空域(100)内运行的每架无人机。各个无人机(102、104、106、112)代表网状网络上的各个节点，用于在整个网络中分发数据。中央控制站110可以是如机场的空中交通管制塔或中继站等监管机构而代表网络上的单独节点。无人机收集的数据可以存储在当地(local)网状数据库(114(1)、114(2)、114(3)、114(4))中，以便分发到网状网络的各个节点，然后再合并到共同的中央(central)网状数据库(116)中。各架无人机之间或者无人机与中央控制站之间可以建立无线通信连接118以在网状网络的各个节点之间发送和接收数据，包括当地(local)和中央(central)的网格数据(114和116)，也可以透过有线通信网络或透过卫星系统在更远的距离上发送和接收中央网格数据116。网状网络上的无人机利用当地(local)和中央(central)网状数据库信息进行自我识别并维护动态飞行计划。

图6：使用无人机和中央控制站建立网状网络管理空域内无人机

图片来源：美国专利US9646502B1

Amazon这几年一直在努力推动无人机物流递送，积极致力于自己的配送计划，并向USPTO提交申请了不少相关专利。这些专利似乎反映出亚马逊正在为各种不同类型的营运和监管环境做好准备。许多专利都指出了无人机物流递送货物面临的技术挑战及需要解决的问题，诸如无人机自主检索库存并规划运送路径，相互联网以相互更新信息，在人口稠密都会区设多层物流中心增进物流效率，建立网状网络自我识别避免与空域内其他无人机发生干扰等等。藉由分析这些专利不仅可以深入了解Amazon雄心勃勃的计划，还涉及更广泛的商用无人机的未来。

备注：

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作者： 芮嘉玮 现任： 台湾中技社能源暨产业研究中心组长 学历： 台湾清华大学 奈米工程与微系统研究所 博士 台湾中原大学 财经法律研究所 硕士 台湾科技大学 材料科学与工程研究所 硕士 经历： 台湾工研院技术移转与法律中心执行长室 台湾工研院电子与光电研究所专利副主委 光电产业知识产权经理 专长： 长期从事产业研究、专利知识产权与投资评估等工作，专注于能源、产业、环境、经济等议题。擅长创新技术策略分析、科技预测及评估、专利分析与布局、产业分析、知识产权管理与经营策略、专利的商业化与货币化。熟捻产业技术发展趋势，并常在各媒体平台发表文章、应邀演讲，成功引领技术前瞻与产业关键议题。