在无人机技术领域，一项突破性成果正引发广泛关注。西湖大学工学院赵世钰团队研发的“飞行工具箱”（FlyingToolbox）系统，成功实现了多旋翼无人机在竖叠飞行条件下的亚厘米级精度空中工具交换与操作，为无人机协同作业开辟了全新路径。
传统认知中，无人机近距离竖叠飞行因风扰等因素存在安全隐患，被视为需要规避的操作场景。然而，赵世钰团队反其道而行之，通过创新设计打破了这一技术壁垒。该系统结合多旋翼无人机与高自由度机械臂，实现了长序列、多场景的复杂任务协同，例如空中换电、材料补给、喷涂作业及高空清洁等应用场景。
研究灵感源自对蜂鸟采蜜行为的观察。团队注意到，蜂鸟能在动态环境中精准将喙部伸入花蕊，这一自然现象启发了他们探索无人机空中对接的可能性。基于此，团队开发了包含控制算法、机械臂及工具箱的核心模块，使无人机能够像“空中航母”一样悬停并提供工具，支持多架无人机按序完成复杂任务。
技术实现过程中，团队攻克了两大关键难题。首先，当两架无人机垂直距离仅0.6米至1米时，上方无人机会产生高达13.18米/秒的气流干扰，导致下方无人机难以保持稳定。为此，研究团队设计了基于多层感知机和高斯模型的扰动补偿算法，有效抵消了强风影响。其次，为实现高精度对接，团队开发了柔性电磁对接机构，即使无人机位姿存在偏差，仍能确保稳定连接。
实验数据显示，该系统在20次连续对接中实现了平均0.80±0.33厘米的精度，较现有系统提升约1个数量级。例如，传统无人机钩环对接的精度仅为6至8厘米，而FlyingToolbox系统在六级强风条件下仍能保持稳定对接。这一突破得益于机械臂的补偿机制和精准的扰动控制算法。
西湖大学智能无人系统实验室（WINDY Lab）长期聚焦群体智能与空中作业机器人研究。群体智能方向探索机器人间的协同策略，而空中作业机器人则横跨低空经济与具身智能领域。团队负责人赵世钰坦言，这项研究历经三年攻关，期间经历了无数次失败与调整，直至2023年底才首次实现成功对接。他感慨道：“将科幻场景变为现实的过程充满挑战，但每一次突破都让我们离目标更近一步。”
目前，团队已将相关代码和机械设计开源，旨在推动更多科研人员参与空中协同作业系统的开发。同时，他们计划将技术推向产业化，以满足工业界对高精度空中作业的需求。赵世钰表示，尽管无人机技术已广泛应用，但空中作业机器人的产业化仍处于起步阶段，这项研究为相关领域注入了新的活力。
未来，团队将沿“科研深化”与“技术落地”双线推进。一方面，致力于开发更敏捷、稳定的机器人系统，拓展操作多样性；另一方面，以用户需求为导向，推动技术在工业场景中的实际应用。这一成果已发表于《自然》杂志，论文题为《近距离竖叠无人机协同操作》，由副研究员曹华姿担任第一作者，赵世钰为通讯作者。
