无人机:拥有了翅膀,像蜻蜓一样飞翔

2020-04-30   来源:慧天地  
风暴Ciara席卷英国时,Alex Caccia漫步在牛津的Port Meadow上,看着鸟儿在空中飞翔。他惊叹于鸟类对于风暴的无畏。“当客机因天气原因停飞时,鸟儿们却毫不在意!”
 
对于卡西亚先生来说,这不仅仅是一闪而过的想法,他是动物动力公司(Animal Dynamics)的首席执行官,该公司是一家将仿生动力学应用到无人机设计中的科技创业公司。
 
公司成立于2015年,一直在生物力学上寻找灵感。目前该公司已经有两架仿生无人机,对鸟类和昆虫进行了深度研究。
 
该公司其中一款无人机是从蜻蜓身上获得的灵感,一出世便引了军方的投资。四只翅膀使它在大风中的稳定性完胜现有的微型无人机。
 
这个被称为Skeeter的秘密项目破解了利用拍打翅膀的方式为无人机提供动力的难题。蜻蜓可以在强风中盘旋,显然翅膀比螺旋桨更稳定,但它们几乎是工程师们无法模仿的。
 
Alex Caccia和Skeeter无人机的原型
 
“制作带有拍打机翼的装置是非常非常难的。”卡西亚先生说。直升机通过改变旋翼的节距来进行机动,以前进、后退或盘旋。对于较小的物体来说,盘旋是一个重大挑战。
 
蜻蜓已有3亿年的进化史。动物动力公司花了4年时间编写了软件,让仿生无人机能像昆虫一样,可以在阵风超过20节(23英里/小时或37公里/小时)的情况下盘旋。从22节到27节属于强风。
 
这款软件给了Skeeter一定程度的自主权,可以引导它绕过障碍物向目标前进。这款无人机还满足了国防部在战场上“监视前方的潜在威胁”的需求。
 
Skeeter可以在20节的风中盘旋
 
目前,它的长度约为8英寸(约20厘米),但计划生产版本会更小。将大量的空气动力学和导航链路挤进一个小小的外壳中,对于大自然轻而易举,但对动物动力公司来说却是一个不小的挑战。正如Alex Caccia所说的那样,“我们从小事做起,是为了吸取自然多年积累的经验。”
 
Animal Dynamics的70人团队依靠智能手机行业的电子产品,将自己的知识缩进Skeeter的框架中。对机器人技术、生物学和软件的经验积累全部都在设计中得以展现。
 
智能手机行业对所有的微型无人机制造商来说都是一个福音。代尔夫特理工大学(TU Delft)教授Guido de Croon承认,智能手机行业对于生物机械有很大帮助。他的团队已经设计出一系列依靠量产数字组件的拍翼无人机。
 
Guido de Croon和Delfly
 
代尔夫特理工大学设计的DelFly无人机,重量不到50g,从果蝇的翅膀运动中获得灵感。DelFly的四只翅膀由一块超轻的透明薄膜组成,由一个轻巧的电机驱动,可以让它连续飞行六到九分钟。
 
虽然这个透明的翅膀看起来很轻薄,但这组翅膀可以直接接触到物体表面,甚至可以撞在障碍物上,DelFly会像昆虫撞到窗户之后那样自行恢复。对于大多数现有的螺旋桨的无人机来说,这样的接触是致命性的。
 
就好似于智能手机的摄像头将视觉反馈给AI软件,德克罗恩先生正在开发模仿昆虫的避障感官的算法。
 
DelFly团队目标是在室内实现自主飞行,可用于大型温室内监测农作物等方面。德克罗恩先生说,在未来生物机械师可以为不同的任务量身定做一架无人机。每个任务都有合适的无人机去执行。
 
 

在Animal Dynamics公司,比Skeeter的体型更大、更大众化的兄弟——Stork无人机,其灵感来自于轻型滑翔伞与鹳。Stork是为了适应那些操作不熟练的人设计的,该无人机专门做了防撞击处理。
 
在空中飞翔时的Stork
 
围绕一个管状金属框架建造,易于维修,它使用一个电动发动机推动后向螺旋桨,并配备了一个可折叠的伞翼。
 
通过GPS信号进行远程控制,Stork的控制系统是一个黑盒子,两个小蘑菇形状的是导航系统的天线。
 
Stork具体结构
 
目前版本的Stork无人机有一个鞋盒大小的有效载荷舱。集群发射,可为灾区分发食物或医疗用品。这款尼龙滑翔伞可折叠成一个袋子,当Stork脱离地面时,它便自行升起。
 
Stork几乎是垂直降落,所以几乎可以到达任何地点。通过全球定位系统的远程操作,一旦货舱被打开并清空,它就可以飞回原点。
 
制药巨头辉瑞公司正在与Animal Dynamics公司合作,扩大Stork在药品分销方面的潜力。在加纳,无人机的医疗支援计划已经在当地得到了很好的推进。
 
生物力学与大多数无人机设计所采取的方法截然不同,这要归功于蜻蜓、鹳、果蝇。
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