在無人機技術領域，一項突破性成果正引發廣泛關注。西湖大學工學院趙世鈺團隊研發的“飛行工具箱”（FlyingToolbox）系統，成功實現了多旋翼無人機在豎疊飛行條件下的亞厘米級精度空中工具交換與操作，為無人機協同作業開辟了全新路徑。

傳統認知中，無人機近距離豎疊飛行因風擾等因素存在安全隱患，被視為需要規避的操作場景。然而，趙世鈺團隊反其道而行之，通過創新設計打破了這一技術壁壘。該系統結合多旋翼無人機與高自由度機械臂，實現了長序列、多場景的復雜任務協同，例如空中換電、材料補給、噴涂作業及高空清潔等應用場景。

研究靈感源自對蜂鳥采蜜行為的觀察。團隊注意到，蜂鳥能在動態環境中精準將喙部伸入花蕊，這一自然現象啟發了他們探索無人機空中對接的可能性。基于此，團隊開發了包含控制算法、機械臂及工具箱的核心模塊，使無人機能夠像“空中航母”一樣懸停并提供工具，支持多架無人機按序完成復雜任務。

技術實現過程中，團隊攻克了兩大關鍵難題。首先，當兩架無人機垂直距離僅0.6米至1米時，上方無人機會產生高達13.18米/秒的氣流干擾，導致下方無人機難以保持穩定。為此，研究團隊設計了基于多層感知機和高斯模型的擾動補償算法，有效抵消了強風影響。其次，為實現高精度對接，團隊開發了柔性電磁對接機構，即使無人機位姿存在偏差，仍能確保穩定連接。

實驗數據顯示，該系統在20次連續對接中實現了平均0.80±0.33厘米的精度，較現有系統提升約1個數量級。例如，傳統無人機鉤環對接的精度僅為6至8厘米，而FlyingToolbox系統在六級強風條件下仍能保持穩定對接。這一突破得益于機械臂的補償機制和精準的擾動控制算法。

西湖大學智能無人系統實驗室（WINDY Lab）長期聚焦群體智能與空中作業機器人研究。群體智能方向探索機器人間的協同策略，而空中作業機器人則橫跨低空經濟與具身智能領域。團隊負責人趙世鈺坦言，這項研究歷經三年攻關，期間經歷了無數次失敗與調整，直至2023年底才首次實現成功對接。他感慨道：“將科幻場景變為現實的過程充滿挑戰，但每一次突破都讓我們離目標更近一步。”

目前，團隊已將相關代碼和機械設計開源，旨在推動更多科研人員參與空中協同作業系統的開發。同時，他們計劃將技術推向產業化，以滿足工業界對高精度空中作業的需求。趙世鈺表示，盡管無人機技術已廣泛應用，但空中作業機器人的產業化仍處于起步階段，這項研究為相關領域注入了新的活力。

未來，團隊將沿“科研深化”與“技術落地”雙線推進。一方面，致力于開發更敏捷、穩定的機器人系統，拓展操作多樣性；另一方面，以用戶需求為導向，推動技術在工業場景中的實際應用。這一成果已發表于《自然》雜志，論文題為《近距離豎疊無人機協同操作》，由副研究員曹華姿擔任第一作者，趙世鈺為通訊作者。