為啥鳥扇兩下翅膀就能飛起來,而我扇胳膊就紋絲不動呢?

2021-01-07 網易

  痴迷於各式飛行器的我,一直忘不了十多年前第一次觀看《天空之城》後的那份震撼。

  其中留給我印象最深的,既不是空浮都市拉普達,更不是那臺佇立在三鷹之森吉卜力美術館屋頂的機器人兵,而是空賊團夥「朵拉一族」的「鼓翼機」。

  

  看到這幫空賊駕駛著「鼓翼機」飛掠在原野之上,我甚至也能感到陣陣烈風掃過面頰。

  

  這種上下撲騰翅膀的飛行方式,既熟悉又陌生。熟悉的是很多昆蟲和鳥類都是這麼飛行的,陌生在於幾乎沒見過什麼人造飛行器是「扇著翅膀」飛起來的……

  撲翼飛行

  想飛起來不容易

  通過扇動翅膀飛翔,稱為「撲翼飛行」。不只是《天空之城》,由弗蘭克·赫伯特創作的科幻巨作《沙丘》系列中也出現了撲翼飛行器的設定。

  撲翼飛行已然在各種虛構作品中風生水起,而回歸現實,卻還停留在各種高精尖的實驗項目中

  

  2019年發表於Nature的一篇論文,《柔軟人造肌肉驅動的微型機器人的受控飛行》,團隊開發製作了一種撲翼飛行的機器人 | Nature.com

  想像一下,某天你坐上飛機,起飛時機翼突然開始上下扇動起來,就算繫著安全帶估計都會顛個七葷八素。客艙服務?不存在的;衛生間也別想去了,一路從頭憋到尾……

  

  其實大自然裡的飛行能手也不會時時刻刻撲騰翅膀。特別是體型較大的鳥類,一般都是扇幾下翅膀(振翅飛行),然後展翅翱翔,藉助上升氣流「御風而行」。

  

  展翅翱翔丨Pixabay.com

  對於大體積的生物來說,撲翼飛行非常消耗能量。單從這個角度看,人造飛行載具還是採用固定翼更為經濟。

  但當我們逐漸縮小空間尺寸,到達一定程度時,撲翼飛行就要逆襲了。

  蜂鳥、昆蟲,這些嬌小的動物,飛行時基本處於高頻率的振翅狀態。它們給人的第一印象就是靈巧、自由

  

  蜂鳥甚至可以懸停丨Giphy.com

  它們善於在很小的空間內閃轉騰挪,而且體積小巧又沒啥噪音,非常適合運用在一些微型飛行器的設計思路中。

  從上世紀90年代開始,很多國家都成立了專門的研究機構,投入大量經費,研究開發這類微型飛行器。

  

  產業級的撲翼機丨Wikipedia.com

  撲翼飛行技術目前已經可用於軍事任務、環境勘查、救災探測等專業領域了。但在消費級市場卻經歷很長一段空白期。

  若是能擁有一隻模型小鳥,時不時能在頭頂盤旋,飛至遠處又能招之即來揮之即去……那每逢周末節假,出門轉轉的興致是不是更高了呢?

  仿生學

  一個極為複雜的工程

  讓翅膀撲騰起來,只是第一步,這不算太難,電池+馬達就能做到。可飛起來以後怎麼辦呢?如何控制姿態,怎樣閃避障礙?如何實現昆蟲、蜂鳥般的高機動性?

  一旦離開地面,飛行器就會面臨極其複雜的氣流條件,需要迅速整合海量的數據信息,並及時在翼端反饋——朝哪飛?如何穩定姿態?怎麼避開障礙……一連串問題排隊等著工程師來解決。

  

  過去,撲翼飛行在消費級領域一直是空白,投入成本實在得不償失。好在這一連串的技術已經積累了二十多年,終於出現了玩具類的遙控撲翼飛行器。

  前幾天,我們就體驗了一把這隻漢王推出的「仿生學鳥型撲翼飛行器」。這不斷扇動的翅膀,還真能讓人產生一種這是只真鳥的錯覺。

  

  翅膀由兩張呈X狀交叉的翼面組成,內部三枚齒輪實現了從馬達到撲翼的傳動。

  

  想要通過撲翼飛起來,首先機身得很輕巧,這隻飛行器全機淨重僅16克,差不多就是兩三張A4列印紙的質量。(果殼商店有售,現在戳圖即可帶走體驗

  但要在複雜氣流環境下實現飛行控制,又離不開大量傳感器。漢王在這16克的機身裡,塞入了紅外測距傳感器、六軸陀螺儀、氣壓計、方向感知等4套傳感器!

  

  額頭部位是紅外傳感器;尾舵安置了陀螺儀

  把這些煩人的術語翻譯成人話就是,這隻鳥可以在飛行過程中實現前方避障、穩定姿態、定高飛行以及一些特定表演動作

  

  有了這些技術加成,操控方面可以說是非常輕鬆。

  飛行器配備了一個小巧的單手遙控器,預設了十拿九穩的飛行模板:左、右盤旋,「8」字飛行,足夠你拍小視頻顯擺一番了!

  

  想挑稍微尋求一點挑戰也沒問題,搖杆4個方向對應6種功能,足夠你玩出各種花樣。

  

  想要駕馭它,技巧就是冷靜。要注意前推搖杆不但會加速還能高飛,如果在室內玩耍千萬別一直推到頂。

  一旦發現有失控苗頭,就放開搖杆。飛行器本身具備定高飛行的功能,拿著遙控器啥都不幹也能正常巡航。

  

  頭部的紅外測距儀能幫助飛行器避開前方障礙,遛上一陣,開啟自動盤旋就能放鬆一下。

  

  拿到飛行器,除了本體和遙控器,還有兩塊鋰電池和充電器以及一本說明書。充滿電量,一塊電池支持10分鐘的續航

  

  起飛很簡單就像扔紙飛機,按下遙控器的扳機,翅膀撲騰起來就扔出去,可以持續自動飛行,直到你開始發出指令。

  

  最大飛行高度為30米,差不多10層樓高,我一般飛到那麼高時就能明顯感到腎上腺素的分泌——興奮甚至隱隱發抖。

  

  如果飛行高度很低,遙控半徑在80米以內,不過城市裡一般很難找到這麼寬廣的飛行領域,親測超過20米就會產生一種刺激感,但看著它安然飛行則又會歸於平靜。

  

  盤旋、掉頭、俯衝……巧妙使用搖杆,能實現各種特技表演花活兒!

  

  建議大家在空曠場地「遛鳥」,室內空間如果足夠大也可以起飛,機身輕巧,速度也不是很快,碰撞到身上一般不會發生危險。

  如果室外風力達到3級或以上,就收起來吧,容易被吹飛!

  

  一般市面上玩具級別的遙控無人機,沒個五六百塊錢也不敢說是靠譜的產品。

  這款撲翼飛行器可謂是另闢蹊徑,輕巧材質、可靠飛控,果殼商店僅售199元!

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