仿生技术如何改变下一代无人机?

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人们对小型无人机的印象还停留在四轴、六轴飞行器这个阶段。事实上,这类旋翼无人机的稳定性并不是很高,对天气、环境的抵抗能力很低。另外,它们的飞行姿态和降落方式并不是很灵巧。科学家从动物身上得到下一代无人机的灵感。

不用旋翼,用翅膀

Stanford大学的空中机器人专家David Lentink 说:“无人机很难抵抗空气乱流,城市里充满了大楼,无人机无法在它们中间穿行。”大楼间的空气流动会产生很大的乱流,普通的旋翼无人机很难在里面稳定飞行。Lentink发现鸽子能够任意在城市中飞行,并且还能飞到无人机飞不到的地方。、

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说道扑翼机器人,笔者第一个想到的就是Festo的SmartBird。它能够 自动起飞,翱翔和降落。它的翅膀不仅能上下扑打,还可以按照一定角度扭转,赋予这只极轻量的“鸟”卓越的空气动力学特性和极高的灵敏度。受银鸥飞翔的启发,Festo科技公司的科学家通过转动SmartBird体内的两个轮子来控制其扑打翅膀的动作。就像蒸汽火车车轮一样,轮子由杆相连,这些杆轮流向翅膀提供扇动的力量。 据介绍,机器鸟由无线电远程控制,不受控制时,它可以在天空自主滑翔。SmartBird翅膀的角度是通过扭转电动机调整的,使它往上飞时翅膀朝上,飞得更高,俯冲时翅膀朝下。

SmartBird给未来的无人机提供了一个绝佳的机体模板,它的噪音、巡航能力都要比旋翼无人机来得更高。另外SmartBird已经能够搭载摄像头,并传动实时影像。

不再独自飞翔,和小伙伴一起飞

哈佛大学的Seas团队开发了一款只有一美分大小的飞行机器人。该机器人能够像蜜蜂一样灵活的飞行、盘旋、悬停。团队成员称,这样的机器人能够担任监察、搜救等任务。有研究称,这类机器人能够通过算法成队的飞行,并模仿蜜蜂或者鸟群的方式飞行。

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瑞士理工大学的研究人员研制出一种不需要人类控制就能够彼此识别并自主合作飞行的机器蜜蜂。独立的机器蜜蜂个体无法有效控制自己的飞行装置进行飞行,它只能靠底部的车轮在地上“爬行”,用红外线识别系统寻找同伴。只要一群机器蜜蜂成功找到彼此,他们就能够用磁力装置组合到一起,成为一个复杂的小型飞行器。每只机器蜜蜂都能够根据体内的平衡器判断在飞行中所要提供的动力,确保整个飞行团队平稳前进。

另外,匈牙利的研究团队开发了一款算法能够开发让无人机像鸟群一样飞翔。他们的传感器和图像能够形成网路,并且能够彼此分享信息,遇到坏天气时能够协同飞行。这样以来,无人机之间能够互相保护,并完成更多工作。

不再用支架降落,用“脚”

目前的旋翼无人机都通过支架来降落,事实上,无人机降落时的冲击力很大,基本上是半坠毁的降落在地上。Vishwa Robotics 的 Bhargav Gajjar 设计了几条机器腿,并将它们安装在一架小型的无人机上。这几条腿可以帮助无人机像小鸟一样栖息在树枝上,或者着陆和行走在平面上。无人机的机器腿通过电子马达获得强有力的抓力,使它能够支撑无人机直立栖息。该无人机上还配备有一个摄像头,远程计算机通过这个摄像头可以控制它的飞行,使它能够在适合的地方着陆。就像一个真正的鸟一样,无人机在其着陆点上方必须要急速制动。

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宾夕法尼亚大学的工程师于2013年设计的一款新型无人机,它不仅能够在高空飞行,而且可以像鹰一样在空中完成抓捕动作。 带臂无人机以秃鹰为原型而设计,其外形比较小巧,机身下方的机械臂上安装了3个鹰爪状的夹紧装置,构造和鹰腿比较相似。在无人机飞行的时候,夹紧装置的重心稍微靠后一些,以保证其能够顺利完成空中抓捕动作,这是因为鹰在空中进行抓捕的时候,腿部的动作相对于身体来说会稍稍有所延迟,这有利于其提高抓捕成功率。

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无人机有脚可以更有效率的飞行,栖息的环境能够更多样,也比较能省电。抓捕的机制能够让无人机拥有更多作用,而不仅是航拍、监察。

笔者认为,未来的无人机将会和现在完全不一样,它们更像机器动物。它们就像其他动物一样,在我们身边飞行。David Lentink说:“我们的城市里到处都能够找到飞行动物,从果蝇到鸽子,他们早就习惯了城市的生活,从它们的模式里,我们能够找到无人机最佳的飞行方式。”

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