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纵观微型无人机的发展

发布日期:2014-08-21  来源:中国航空报我要投稿我要评论
     自然界中的各种生物历时数百万年才让扑翼飞行变得日臻完善,而现在,工程师们能用机器来再现这种飞行,由此制造出的各种微型无人机也已深入各个领域。2013年,拉蒂团队制造出了商用的无人机,提供给昆虫无人机的狂热爱好者和无人机技术的早期接受者;他们计划到今年年底之前,为其他市场发布另一个版本的无人机。

图:“机器蜜蜂”无人机。

 

从自然界中汲取灵感

  5年前,理查德·古烈和汤姆·瓦内克坐在一家距离他们的办公室几条街区的酒吧里交谈,试图让自己的神经从忙碌的工作中解脱出来。在过去一年多里,这两名工程师一直试图研制出一架经久耐用的微型无人机,其能躲避其他物体,在建筑物内准确定位;而且,在暴风雨天气里也能风雨无阻地飞行。

  他们曾经尝试让其微型无人机采用固定机翼,但需要添加足够多的传感器才能让这种无人机有效地探测到障碍物,如此一来,这种无人驾驶飞机就太重了而无法飞起来。他们也尝试采用直升机的形式,但直升机的旋翼一直纠缠在电线内。另外,他们也制造过一个配备了发动机的气球,但以上诸多尝试都以失败告终。

  当古烈和瓦内克坐在吧台上,小口啜饮着啤酒时,看到一只飞蛾突然猛烈地撞在了玻璃上。他们想,如果是微型无人机撞在玻璃上,必定会粉身碎骨,但这只飞蛾并没有如此,而是从玻璃上弹开,拍了拍翅膀,恢复原状,然后飞走了。

  “这真是天降启示,让我们一下子觉得醍醐灌顶。”瓦内克目前是麻省研发公司物理科学公司(PSI)的工程师。他说:“我们意识到,我们能制造出一种人造系统,其撞击到其他物体上之后,能立刻复原并继续向前,这是一个创新。”

  这并非工程师们首次从自然界中借鉴和汲取设计灵感,尤其是当我们提到飞行时,从自然界中汲取的灵感和经验不胜枚举。自然界中,有些飞行动物经历了近亿年的进化过程,为了攫取食饵、逃避敌害、生殖繁衍和集群活动等生存需要,通过漫长的环境适应的自然选择过程,它们发展出了各具特色的空中飞行能力,其整体功能渐趋优化,为当前的人造航行器和飞行器望尘莫及。其上亿年进化得来的翅膀形态和飞行方式给了我们很多启迪。

  数个世纪以来,人类一直梦想有一天能像鸟儿一样在天空中翱翔。早在古希腊,就流传着关于翅膀的传说:少年伊卡洛斯和父亲狄德勒斯被诸神囚禁在孤岛上。身为巧匠的父亲便利用岛上的蜡烛,制作了两副精巧的羽翅,一副给自己,一副给伊卡,可以借此飞出孤岛,逃离囚禁的命运。在起飞前,父亲警告伊卡:翅膀是蜡制的,遇热会融化,因此绝不可高飞,要避开阳光。但伊卡洛斯最终忘记了父亲的劝告,飞得过高,导致翅膀被太阳烤化,伊卡洛斯也坠入大海,白白丢了性命。

  15世纪70年代,意大利天才莱昂纳多·达·芬奇画出了一种由飞行员自己提供动力的飞行器,并称这种飞行器为“扑翼飞机”。这种飞机模仿鸟儿、蝙蝠和恐龙时代的翼龙,具有多个膜状翅膀。达·芬奇认为只有扑翼机才能既具备推力,又具备提升力。此后,有许多人开始模仿达·芬奇的画作设计制造飞机,然而都逃不过失败的命运,理想情况下能上下蹦跳几下,最坏的结果则是摔成碎片。

  后来,随着技术的不断发展,科学家们慢慢解开了自然界的很多谜题。与此同时,工程师们也研发出了第一架模仿昆虫的、能飞行的交通工具,由此,为一类全新的设备——微型无人机的出现拉开了大幕。

  美国著名智库布鲁金斯学会的彼得·辛格说:“自然界数百万年的演化发展孕育出了无数的奇迹,这些都是我们灵感的来源。机器人的发展也是日新月异,明天出现的机器人与你今天看到的机器人可能迥然不同。最有可能出现的情况是,它们与动物看起来无异。”

 
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