四軸飛行器輕輕地在天空飛行，盡其所能地控制好每個微小的動作，展現著自己精緻的舞姿。這樣的描述應該是恰如其分的吧？但是實際上，四軸飛行器與其說是與空氣偕舞，倒不如說是它和空氣進行搏鬥。時而飛行器勝出，時而空氣獲勝。無人機之美妙並不在於在天空的優雅曲線，也不是翅膀扇動時細微的形態。當然，它沒有翅膀。實際上，現代多旋翼的許多精巧設計是翅膀所不具備的。
沒有控制飛行的操縱面和伺服器，沒有複雜的總距樞紐，沒有失速、計時轉彎、等待航線，將這些組件拆下後僅剩精幹的核心部分，只有4個助力飛行的組件和控制系統。接著就要接近奧妙之處了。大部分觀點認為，多旋翼飛行器真正的美妙在它的內部。一臺基於ArduCopter(譯者註：一款基於Arduino開源的無人機)的無人機有4個主要輸入，還有4個電機輸出，而輸入來自於兩個操縱杆。
為了由4個操縱輸入得到的輸出，需要將近300個參數。起初，這麼多的參數如此的複雜以至於讓人誤以為無法實現，實際情況與此相反。解決之道便是工程學,因為大部分參數是不需要的，無人機正是一個學習工程原理的絕佳平臺。用於無人機控制系統的算法是基礎的、重要的，同時也是精妙的。你很快就會發現，學習和應用這些算法將會給你帶來樂趣，但是這些算法已經面世數十年之久。
無論什麼算法，並不代表製造現代四軸飛行器的突破口。但毋庸置疑的是：這些算法曾經有突破性成果。從孩童時期，我愛好無線電控制的飛行器，而且玩了很多年，總是能從中得到極大的樂趣。遙控直升機稱霸了飛行器世界很多年，但是價格昂貴，而且極難控制。這些不過是玩具直升機而已，僅僅看它們飛行的姿態便明白它們屬於玩具的世界。而軍方研製的巡航飛彈，花費數百萬美元。
後來，有一天，一位朋友帶著四軸飛行器來到辦公室。飛行器置於手中儼然就像待航的飛機，完全不像是玩具，真正的突破是它只需20美元。於是我也買了一臺，只不過更大一些罷了。我從頭開始組裝，修改飛行控制的原始碼。在多次崩潰和思考之後，我才自信地說電機、電源還有控制系統都發生了改變。無人機與四軸飛行器，在一些場合中，無人機只用來表示軍事系統或是那些受控於預置程序的車輛。
目前，這是能夠體現我用意的最簡短、精煉的詞彙，我用來說明任何可以無需人類在近距離上操控的飛行物。軍方通常稱作無人航空載具（UAVs），FAA則稱為無人飛機系統，但是我已經用了夠多的首字母縮略詞，而且沒有哪個單音節詞像無人機這樣能夠表達出最簡單的含義。「多旋翼」脫離固定翼飛機和傳統直升機，這一術語可以形容我們所需要的東西。「四軸飛行器」形容一個更有限制的概念—只有4個螺旋槳，不是6個，更不是8個—但是始終包含在我們的項目裡面。
我們將會用這些詞彙來區分無人機，在需要的時候，從固定翼到六轉子飛機，不過有時候只是種類不同而已。電機，這是我在辦公室裡見過的第一個小型四軸飛行器，就像其他的微型無人機一樣，用的是微型電機。這種電機初次看起來和我小時候買的十多個裝一整袋的小型的直流電機一樣，不過小型的直流電機遠沒有足夠的功率讓無人機飛起來。而功率就是四軸飛行器的電機同我所使用過的那些小玩意兒最主要的差別。
無人機用的是稀土永磁材料，這與今天大多數的電機沒什麼區別，當然這不是最主要的差異。「無芯」電機是為飛行特殊優化過的。和幾乎所有電磁鐵一樣，微型電機裡的繞組通常都是繞著一個鐵核芯，這樣可以使磁體更高效—電效率。然而，事實證明，在飛行上，電機的質量是遠遠重於能量效率的，因此，有人提出了去除重核心，於是，這種小型無人機電機誕生了。
無刷電機，一般用在更小的無人機上，以便於和用在更大的多旋翼無人機上的一系列電機相區別。而多旋翼上的電機沒有電刷。大多數電機上，電刷裝配在壓簧上控制著繞組旋轉的方向。而無刷電機首次使用在軟盤驅動器上，電子控制代替接觸控制繞組，以此製造出更精簡、更持久的電機。裝配在無人機上的無刷電機是以控制系統的複雜性才換得機械的簡易性。
每個電機都有它自己的微處理器，一直監控未使用的線圈上的反向電流以確定位置，同時調節輸入到其他線圈的電流，在中央飛行控制器的指揮下控制速度。電池，對於無人機來說，動力裝置是最重要的技術之一，這點是毫無疑問的。對於航空，也是同樣的。從第一臺由威爾伯設計、奧維爾製造的活塞引擎，到惠特爾的第一臺噴氣發動機引擎，再到查克·葉格的火箭。
每次，新的燃料來源都會引發動力裝置的革新。對於現代的電動飛行器—這也意味著大多數的無人機，儘管包括少量實驗性質的載人電動飛行器—動力來源就是電池。現在無人機使用的最普遍的電池是鋰聚合物電池。鋰聚合物電池有各式各樣的大小和形狀，從郵票那樣薄到能夠在家庭或汽車上使用的類似小箱子那樣的尺寸。
它們的容量和性能隨使用環境各不相同，相較於鎳氫電池（NIMH）對於使用條件更為苛刻。鋰聚合物電池既不能過充也不能過放，如果處理不當容易對電池造成損壞，而且不能靠近火源，電池上的警示標識會提醒我們小心使用。控制系統，控制系統連接著電池模塊和電機。
即使是最小型的無人機也都具有以下幾個子系統，即無線電接收器、陀螺儀、加速度計，當然還有連接這些組件的微處理器。因為每個組件都只是電路板上的一小塊黑色的晶片，看起來有點像過時的消費級電子元器件，因此人們也很少留意到這些組件的強大之處，正是這些不起眼的小東西才使得現代無人機控制系統得心應手。在談論新的特性之前，有必要說明，控制系統中的一些組件可以追溯到幾年甚至是幾十年前。
使用到的微處理器倒是很新的東西，不過，幾年前的微控制器也能順利地完成工作。軟體方面使用的算法，包括卡爾曼濾波和PID控制器，都在微處理器面世前使用了很多年。在了解過去工程師們的偉大貢獻之後，無人機控制系統的一些特性展示了突破性的成果。電子元件在物理尺寸和耗電量的大縮水使更輕便的無人機陸續面世。現代設計及工業製造能力讓這些小型晶片集成到功能化的電路板，而這些電路板能以更低廉的價格大批量地生產出來。
飛行控制器，包含以上所提到的所有子系統，都能夠集成到一塊電路板上，而且很容易塞到襯衫的口袋裡。電路板上至少有一塊晶片代表了飛行器領域的重大突破。陀螺儀，早在1914年6月，勞倫斯·斯佩利向法國民眾展示了安裝在柯蒂斯C-2雙翼飛機上的陀螺穩定裝置，此後陀螺儀就開始用在穩定飛行器飛行的方面。如前面提到的，無線電控制的直升機以難以飛行著稱，但是有人開創性地使用陀螺儀穩定其飛行。第一個模型用的是旋轉圓盤，就像是小孩子的玩具，非常大而且重，成為龐大的直升機模型。
今天一個簡單的軸穩定器的價格足以買下一部整個中型的四軸飛行器。現在我們可以將3個陀螺儀和3個加速度計集成到一塊晶片上，而且可以用較低的成本實現大批量生產。它帶給我們的不僅僅是突破性成果，更是驚喜不斷。像無人機這種消費級產品在中國能以更低的成本生產，這已經不是什麼新鮮事了。讓新興的無人機群體所興奮的是，中國製造帶來了一系列無人機組件，能夠讓我們單個或成組甚至成套地購買，方便我們自行設計。
得益於這些創新，我們才得以拉開無人機革命的序幕。正在此時，FAA公布了一些針對商業無人機使用的新規定，許多活動，比如快遞運輸，都不允許無人機參與其中。無人機也在提高自身的安全性和耐用性，以便於和其他的飛行器、無人機共享空域飛行的權利。第一屆國際性的無人機比賽舉辦得非常成功，與此同時，各地的無人機紛紛出現在教室課堂上，讓學生們興奮之餘，順便向他們傳授工程學知識。
我們會使用熟悉的工具—Arduino、電機和電池—並且組裝後讓它飛起來。在這個環節，將學習到一些基礎的工程學知識，可用於製作從機器人到咖啡壺的任何東西。待到項目完成並且調試結束，當你沉浸數小時學到了控制無人機的技術，將實現人類最古老的夢想：飛行。實踐出真知，因為通過動手實現並明白了其中的奧妙。
小編認為，現在的無人機的用途已經非常廣泛了，不僅僅是在軍事上，在日常生活中也是經常用到，比如說可以利用無人機觀察環境，用處比較廣泛，現在也有很多飛行器愛好者自己組裝無人機，科技含量還是比較高的！