無人機(Unmanned Aerial Vehicle，簡稱UAV)的應用越來越多元，在世界各地的空域中變得越來越普遍，物流運輸便是一例。無人機可用於從物流中心運送貨物至目的地，然後可返回物流中心以取回其他貨物以用於另一次運輸至另外的目的地。

2013年，亞馬遜(Amazon) 創辦人Jeff Bezos在接受採訪時，首次公開「利用無人機送貨給客戶」的新型物流概念[1]， Bezos播放了一段 Prime Air 演示視頻，展示了他的八旋翼無人機可在30分鐘內將包裹直接送到你家門口的提議，當時很多人提問這樣一個大膽的想法如何真正在現實生活中實現。如今，透過5G聯網及人工智慧技術，無人機將商品直接送到客戶身邊的場景已不再遙不可及。

Amazon自2013年宣布利用無人機送貨的構想以來，積極的向美國專利商標局（USPTO）提交申請有關無人機先進物流概念和技術的專利，包括飛機設計、安全和防禦系統、將貨物從空中轉移到地面的方法以及蜂巢式物流中心等專利，甚至開始聘請專利律師專門在PrimeAir部門工作。從這些專利文獻可洞悉該公司逐步實現無人機物流理念的企圖心，更在當今現實的生活與商業應用中證實了它並非虛構捏造。

無人機物流之通用系統設計

首先，我們先來看一下它最早關於無人機物流概念之通用系統設計專利。2014年9月30日Amazon向USPTO提交申請一件名為無人機遞送系統(Unmanned aerial vehicle delivery system)的美國專利(專利公告號US9573684B2)，揭示了一種可自主地將庫存物品遞送至各個目的地的無人駕駛飛行器(UAV)，該UAV可以接收庫存信息和目的地位置，以及自主地檢索庫存和規劃運送到目的地的路線，最終航行到目的地以交付庫存。圖1顯示無人機200可以被配置成形成無線網狀網絡，其利用Wi-Fi、衛星等現有無線網路，使得每個無人機與無線範圍內的其它無人機相互通信。無人機相互聯網以相互更新資訊，如天氣狀況及監控周圍環境是否有動物或人等障礙物。圖2則揭示了2013年Amazon創辦人接受採訪時最早透漏的新想法：利用八旋翼無人機運送貨物給客戶的物流概念。如圖所示，無人機200包括八個螺旋槳(202-1~202-8)圍繞無人機的框架204間隔。雖然此示例包括八個螺旋槳，但在其他實施中可以使用或多或少的螺旋槳。

具有旋轉葉片的商用無人機市場的優勢，包括可在狹窄的空間中動作，處理一些精細的處理任務，在未來六年中的複合年成長率可望超過55%。

圖1：無人機遞送系統及其無線網狀網絡圖

圖片來源：專利公告號US9573684B2

圖2：Amazon八旋翼無人機物流自上向下的視圖

圖片來源：專利公告號US9573684B2

特殊物流中心設計 強化商品遞送效率

物流中心通常是單層大面積的倉庫建築，用於將遞送給客戶之前暫時存放物品。為了要有足夠的空間容納儲放物品，通常這些大型建築物佔地面積都很大且位於郊區，但郊區地點並不方便向人口稠密的城市送貨。因此，越來越需要將物流中心設在市區和城市人口稠密的地區，可以更快地交付給居住在城市中不斷增加的大量人口。都市內的運送需求不斷提高，若能在都市中設有多層物流中心，將可大幅增進物流效率。

亞馬遜設計了一種多層物流中心用以提供無人飛行載具(UAV)(108)在人口稠密的城市環境中可以降落和起飛，並在2015年12月18日向USPTO提出專利名稱為「無人飛行載具多層物流中心（multi-level fulfillment center for unmanned aerial vehicles）」的美國專利(公告號US9777502B2)，專利家族還包括歐洲、日本、中國以及PCT申請案等多國專利申請，且皆主張該美國專利申請日(2015年12月18日)為其最早優先權日。

與傳統的物流中心不同，該座設計用來協助無人飛行載具(UAV)著陸和起飛的多層物流中心(圖3)，包括數層樓面且較佳設立在人口稠密的都會地區。貨物經由地面運送載具到多層物流中心後，再由無人機執行都心內的遞送；這樣的多層物流中心因為具有複數個起降地點，利於UAV將商品運送至客戶住處時起飛和降落使用。因此，該美國專利US9777502B2的國際專利分類號之一被歸類為E04H 14/00，表示其具有特殊用途或雙重用途之建築物；另一主要國際專利分類號為B64F 1/00，屬於航空運輸領域中之地面設施，更具體而言，是用於運貨之物流中心(合作專利分類[2]CPC為B64F 1/32)。

圖3：Amazon設計用於無人機起降的多層物流中心示意圖

圖片來源：美國專利公告號US9777502B2

圖3顯示物流中心的外部殼體包括許多通孔114以及向外延伸的無人機停放平台106，通孔114可使無人機能夠在飛行狀態下進出多層物流中心100，無人機透過通孔114可將商品放置於平台106上，將商品歸位固定後，無人機就可以繼續執行下一趟運送任務。其中，通孔114可以是圓形、矩形、卵形、多邊形的或以其他方式成形以容納無人機的進出。此外，通孔114可彼此間隔開以在不與其他UAV衝突的情況下實現起飛和降落。

在該專利所載的一項實施例中，物流中心的外觀被設計為像圓錐體且具有流線外型的蜂窩塔(beehive)狀(圖4)，每一個UAV平台(304、306、….)具有不同高低層次水平，無人機穿梭其中猶如科幻類型電影中外星人搭太空飛船或飛碟入侵地球般的畫面。

圖4：Amazon設計具有朝物流中心頂部匯聚的多層物流中心

圖片來源：美國專利公告號US9777502B2

另，為了節省電能，該專利還設計一種外部殼體具有網格(grid)804結構的多層物流中心(圖5)，用以移動無人機停放平台802，例如從較下層的位置移到較上層的位置，這樣無人機就可以從較高的位置出發，節省無人機從下層往上飛行爬升的電能。

圖5：Amazon設計具有網格結構的多層物流中心

圖片來源：美國專利公告號US9777502B2

建立網狀網絡自我識別系統

一般來說，無人機在空中交通最繁忙且最難以預測的低空運行，空域管理相對重要。空域管理是指為維護國家安全，兼顧民用、軍用航空的需要和公眾利益，統一規劃，合理、充分、有效地利用空域的管理工作。無人機自主運行必須主動避免與在公共空域運行的其他無人機發生干擾，為了避免空域內附近無人機之間的相互作用，Amazon在2015年2月27日向USPTO申請一件美國專利(公告號US9646502B1，簡稱’502專利)，描述建立相互連接的網狀網絡，其中中央控制站和無人機代表網狀網絡的各個節點以便識別空域內的每架無人機。如圖6所示，’502專利揭示了一種自動無人機自我識別系統，透過網狀通信網絡和代表該網狀網絡各個節點的無人機(102、104、106、112)及中央控制站110自動識別在空域(100)內運行的每架無人機。各個無人機(102、104、106、112)代表網狀網絡上的各個節點，用於在整個網絡中分發數據。中央控制站110可以是如機場的空中交通管制塔或中繼站等監管機構而代表網絡上的單獨節點。無人機收集的數據可以存儲在當地(local)網狀資料庫(114(1)、114(2)、114(3)、114(4))中，以便分發到網狀網絡的各個節點，然後再合併到共同的中央(central)網狀資料庫(116)中。各架無人機之間或者無人機與中央控制站之間可以建立無線通信連接118以在網狀網絡的各個節點之間發送和接收數據，包括當地(local)和中央(central)的網格數據(114和116)，也可以透過有線通信網絡或透過衛星系統在更遠的距離上發送和接收中央網格數據116。網狀網絡上的無人機利用當地(local)和中央(central)網狀資料庫資訊進行自我識別並維護動態飛行計劃。

圖6：使用無人機和中央控制站建立網狀網絡管理空域內無人機

圖片來源：美國專利US9646502B1

Amazon這幾年一直在努力推動無人機物流遞送，積極致力於自己的配送計劃，並向USPTO提交申請了不少相關專利。這些專利似乎反映出亞馬遜正在為各種不同類型的營運和監管環境做好準備。許多專利都指出了無人機物流遞送貨物面臨的技術挑戰及需要解決的問題，諸如無人機自主檢索庫存並規劃運送路徑，相互聯網以相互更新資訊，在人口稠密都會區設多層物流中心增進物流效率，建立網狀網絡自我識別避免與空域內其他無人機發生干擾等等。藉由分析這些專利不僅可以深入了解Amazon雄心勃勃的計劃，還涉及更廣泛的商用無人機的未來。

備註：

【本文僅反映專家作者意見，不代表本報及其任職單位之立場。】

作者： 芮嘉瑋 現任： 中技社科技暨工程研究中心組長 學歷： 國立清華大學 奈米工程與微系統研究所 博士 中原大學 財經法律研究所 碩士 國立台灣科技大學 材料科學與工程研究所 碩士 經歷： 工研院技術移轉與法律中心執行長室 工研院電子與光電研究所專利副主委 光電產業智權經理 專長： 長期從事產業研究、專利智財與投資評估等工作，專注於能源、產業、環境、經濟等議題。擅長創新技術策略分析、科技預測及評估、專利分析與布局、產業分析、智慧財產權管理與經營策略、專利的商業化與貨幣化。熟捻產業技術發展趨勢，並常在各媒體平台發表文章、應邀演講，成功引領技術前瞻與產業關鍵議題。

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