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无人机产业的创新离不开生物的踪迹   分享到:

或是出于好奇,或是出于对征服的渴望,人类总是对飞翔有着与生俱来的向往。从千百年前的竹蜻蜓到21世纪的无人机,航空领域的变革可谓翻天覆地。而这千百年来唯一不变的是,无人机甚至整个航天产业的种种创新,似乎都离不开生物的踪迹。

小时候,课本上就曾介绍过雷达和蝙蝠之间的奥秘,如今,凭借着先进的雷达技术,无人机学会了探测和自动规避。

(图)美国陆军研究实验室的Robo-Raven无人机

现在的无人机品类繁多,消费级偏爱多旋翼、军事级喜好固定翼。曾有人说,多旋翼适合低速、悬停和避障,固定翼则适合高空、远距离和快速航行。如果两者之间互换任务,恐怕都会表现的极差,可鸟类却可以在不同的操作之间自动切换,其原因就在于,鸟类可以灵活地调整自己的翅膀,使其适应不同的气流。受到这一原理的启发,美国陆军研究实验室的机械工程师研发出了一款仿生无人机Robo-Raven。这款无人机形似鸟类,两翼均配有发动机,即使被大风打乱了飞行的节奏,也能够迅速的调整回来,继续飞行。

Robo-Raven的设计师在谈及生物的奥秘时曾表示:“鸟类的翅膀之所以能够调节,就是因为上面有大量的肌肉和神经。想要彻底解开生物的奥秘并不容易,如何布置机翼、传感器和控制装置都是需要考虑的问题。”

(图)斯坦福大学工程师受天鹅启发研发的拍摄系统

除了翅膀,鸟类脖子的优势也非机器所能企及。肥胖的天鹅可以在空中进行不寻常的特技飞行,扭动它们的身体,拍打有力的翅膀,同时保持头部几乎完全静止。斯坦福大学的工程师们通过高速摄像头捕捉的细节发现,天鹅的脖子可以缓解甚至消除翅膀所引起的震颤,颈部的脊椎和肌肉使得天鹅的头部可以不受振翅的影响,使其可以在有风的环境中一样保持稳定。

目前,研发人员们正在尝试着将这一生物原理应用到无人机的航拍系统中,以保持拍摄的平稳。斯坦福大学的一位工程师说:“天鹅的脖子有20个椎骨,每边有200多块的肌肉,其机制之复杂着实令人生畏。”

其实除了鸟类,一些体型较小的昆虫也能给无人机产业很大的启示。比如,昆虫的眼睛虽然不具备很高的空间分辨率,但却可以快速捕捉光线的变化,察觉物体的现灭,从而迅速做出反应。基于这一原理,瑞士联邦理工学院电子信息工程实验室的研究人员,利用三个不同方向的光电探测器为无人机研发出了一种人工复眼。借助快速的运算程序,无人机可以计算出障碍物体在每个探测器周围停留的时间,从而得出物体的运动速度及方向。

自然总是会给人类无限的灵感,生物的奥秘似乎永远挖掘不尽。航天产业的每一次进步多多少少都会有一些生物的踪迹。即使科技发展到今天,人类对于雷达的探索也没有走到穷尽,生物的翅膀即使倾转旋翼也无法企及,再好的云台也不如天鹅脖子的几分之一。


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