無人機:擁有了翅膀,像蜻蜓一樣飛翔

2020-12-05 雷擎反無人機

2月，風暴Ciara席捲英國時，Alex Caccia漫步在牛津的Port Meadow上，看著鳥兒在空中飛翔。他驚嘆於鳥類對於風暴的無畏。「當客機因天氣原因停飛時，鳥兒們卻毫不在意！」

對於卡西亞先生來說，這不僅僅是一閃而過的想法，他是動物動力公司（Animal Dynamics）的執行長，該公司是一家將仿生動力學應用到無人機設計中的科技創業公司。

公司成立於2015年，一直在生物力學上尋找靈感。目前該公司已經有兩架仿生無人機，對鳥類和昆蟲進行了深度研究。

該公司其中一款無人機是從蜻蜓身上獲得的靈感，一出世便引了軍方的投資。四隻翅膀使它在大風中的穩定性完勝現有的微型無人機。

這個被稱為Skeeter的秘密項目破解了利用拍打翅膀的方式為無人機提供動力的難題。蜻蜓可以在強風中盤旋，顯然翅膀比螺旋槳更穩定，但它們幾乎是工程師們無法模仿的。

Alex Caccia和Skeeter無人機的原型

「製作帶有拍打機翼的裝置是非常非常難的。」卡西亞先生說。直升機通過改變旋翼的節距來進行機動，以前進、後退或盤旋。對於較小的物體來說，盤旋是一個重大挑戰。

蜻蜓已有3億年的進化史。動物動力公司花了4年時間編寫了軟體，讓仿生無人機能像昆蟲一樣，可以在陣風超過20節(23英裡/小時或37公裡/小時)的情況下盤旋。從22節到27節屬於強風。

這款軟體給了Skeeter一定程度的自主權，可以引導它繞過障礙物向目標前進。這款無人機還滿足了國防部在戰場上「監視前方的潛在威脅」的需求。

Skeeter可以在20節的風中盤旋

目前，它的長度約為8英寸（約20釐米），但計劃生產版本會更小。將大量的空氣動力學和導航鏈路擠進一個小小的外殼中，對於大自然輕而易舉，但對動物動力公司來說卻是一個不小的挑戰。正如Alex Caccia所說的那樣，「我們從小事做起，是為了吸取自然多年積累的經驗。」

Animal Dynamics的70人團隊依靠智慧型手機行業的電子產品，將自己的知識縮進Skeeter的框架中。對機器人技術、生物學和軟體的經驗積累全部都在設計中得以展現。

智慧型手機行業對所有的微型無人機製造商來說都是一個福音。代爾夫特理工大學（TU Delft）教授Guido de Croon承認，智慧型手機行業對於生物機械有很大幫助。他的團隊已經設計出一系列依靠量產數字組件的拍翼無人機。

Guido de Croon和Delfly

代爾夫特理工大學設計的DelFly無人機，重量不到50g，從果蠅的翅膀運動中獲得靈感。DelFly的四隻翅膀由一塊超輕的透明薄膜組成，由一個輕巧的電機驅動，可以讓它連續飛行六到九分鐘。

雖然這個透明的翅膀看起來很輕薄，但這組翅膀可以直接接觸到物體表面，甚至可以撞在障礙物上，DelFly會像昆蟲撞到窗戶之後那樣自行恢復。對於大多數現有的螺旋槳的無人機來說，這樣的接觸是致命性的。

就好似於智慧型手機的攝像頭將視覺反饋給AI軟體，德克羅恩先生正在開發模仿昆蟲的避障感官的算法。

DelFly團隊目標是在室內實現自主飛行，可用於大型溫室內監測農作物等方面。德克羅恩先生說，在未來生物機械師可以為不同的任務量身定做一架無人機。每個任務都有合適的無人機去執行。

在Animal Dynamics公司，比Skeeter的體型更大、更大眾化的兄弟——Stork無人機，其靈感來自於輕型滑翔傘與鸛。Stork是為了適應那些操作不熟練的人設計的，該無人機專門做了防撞擊處理。

在空中飛翔時的Stork

圍繞一個管狀金屬框架建造，易於維修，它使用一個電動發動機推動後向螺旋槳，並配備了一個可摺疊的傘翼。

通過GPS信號進行遠程控制，Stork的控制系統是一個黑盒子，兩個小蘑菇形狀的是導航系統的天線。

Stork具體結構

目前版本的Stork無人機有一個鞋盒大小的有效載荷艙。集群發射，可為災區分發食物或醫療用品。這款尼龍滑翔傘可摺疊成一個袋子，當Stork脫離地面時，它便自行升起。

Stork幾乎是垂直降落，所以幾乎可以到達任何地點。通過全球定位系統的遠程操作，一旦貨艙被打開並清空，它就可以飛回原點。

製藥巨頭輝瑞公司正在與Animal Dynamics公司合作，擴大Stork在藥品分銷方面的潛力。在加納，無人機的醫療支援計劃已經在當地得到了很好的推進。

生物力學與大多數無人機設計所採取的方法截然不同，這要歸功於蜻蜓、鸛、果蠅。

源自：BBC NEWS

作者：麥可·登普西（Michael Dempsey）

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