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沐鸣测速仿生无人机:无人机的自然进化

沐鸣测速
动物动态
 
动物动力学是一家处于仿生方法前沿的公司。该项目于2015年由牛津大学(Oxford University)衍生出来,沐鸣测速由连续创业家亚历克斯•卡西亚(Alex Caccia)和牛津大学生物力学教授阿德里安•托马斯(Adrian Thomas)共同创立。两人接受了英国国防科学技术实验室(Dstl)的挑战,要建造一架小型、超高效的无人侦察机,能够应对具有挑战性的风力条件,于是这个爱好变成了一家公司。
 
斯基特诞生了,这是一架以昆虫为灵感的无人机,重量不足200克,大小只有圆珠笔。这种微型无人机有扑扇的翅膀,既可以悬停,也可以向前飞行。与普通无人机相比,它的机翼设计不仅能抵御强风,而且更安全、更安静,而且它使用的是标准的可充电电池。
 
“我们有一辆可以做任何事情的车,”Caccia说。“它比同样大小、重量和动力的螺旋桨驱动飞行器有更高的性能效率。”
 
斯基特目前正在为国防承包商开发,Caccia预计它将在2021年投入使用。他说:“向处于危险境地的人们展示隐藏在墙或建筑物后面的东西,这将非常有用。”“这是一个很好的方法,因为你可以随身携带它。”
 
动物动力公司开发了另一种仿生无人机“鹳”,旨在解决危险情况下最后一英里的后勤问题。这样做的目的是为前线部队提供物资,而不会造成伤亡和昂贵的损失,而目前的方法,如直升机、卡车甚至是quadbike,都有可能造成这种损失。
 
动物动力公司的解决方案是一种高效、重量轻、超级健壮的自主动力滑翔伞。“机翼的设计灵感来自于生物,”Caccia补充道,“框架和底盘的设计更多的是骨骼而不是机械,所以它可以弯曲一点,吸收着陆时的冲击。”
 
“鹳鸟”重20公斤,起飞和降落时间短,有效载荷可达10公斤,飞行距离超过50公里。它可以被塞进一个小空间,沐鸣测速一旦打开包装,可以在10分钟内准备好飞行,所有这些都使它成为挑战前线补给条件的完美工具。与现有的地面或空气供应解决方案相比,它的成本也很低,而且不会危及操作员的生命。
 
“鹳”无人机正在接受承包商的测试,动物动力学公司已经在测试一种可携带120公斤有效载荷的放大版。
 
蜂鸟
 
不仅昆虫会盘旋和飞翔,一些鸟类也会,这就是为什么我们的研究团队选择蜂鸟作为无人机的灵感来源。“大多数鸟类只能向前飞,”来自普渡大学的邓新岩教授说,他是该项目的研究人员之一。“但蜂鸟的高翼拍频率意味着它们可以保持悬停。另一方面,它们也可以做非常机动的飞行,因为它们的翅膀是可变形的,所以它们既有昆虫的优势,也有鸟类的优势。”
 
这种机动性意味着邓的蜂鸟无人机可以飞行8位数,在几次翅膀拍击下转180度,甚至可以做360度的身体翻转。该团队通过模仿蜂鸟可变形的翅膀,使每个翅膀单独控制,从而使翅膀角度和形状的细微差异可以在飞行方向上产生巨大的变化,从而实现了这种灵活性。
蜂鸟无人机足够灵活,可以做后空翻
 
蜂鸟无人机能够吸收撞击,安全到可以用手从空中拉起。与四轴飞行器相比,它也更安静,具有更高效的向前飞行和抗阵风能力。它的高效利用了蜂鸟惊人的迁徙能力,这使得它有时能一次飞越墨西哥湾。
 
邓说:“他们必须时刻与阵风和骚乱作斗争。”“但是扑翼运动本身,空气动力学的不稳定性,会很自然地排除这些干扰,这给了它们更多的能量。”
 
蜂鸟无人机仍处于研发阶段——它们还没有自己的动力来源——但邓预计它们将在5年内进入市场。她设想在搜索和救援中应用蜂鸟无人机,它们体积小,机动性好,可以在非常有限的空间中航行,比如地震中建筑物,寻找幸存者。
 
蝙蝠机器人
 
说到操控的难易程度,可能不是鸟类,而是哺乳动物。这是另一个美国团队采用哺乳动物的星际飞行者作为无人机的灵感来源的原因之一。
 
“与鸟类相比,蝙蝠可以做出更灵活、更具攻击性的动作,”研究团队成员、加州理工学院(Caltech)航空航天教授Chung Soon-Ji说。“它们可以戏剧性地转100度的弯,还可以做倒立。”
 
蝙蝠通过薄而柔韧的翼膜实现了这种敏捷性,这些翼膜可以在飞行过程中变形,从而形成不对称的翅膀形状。Chung和他的团队逆向设计了这一设计,以制造出他们自己的翼膜,这种翼膜是由像人类头发一样薄的压缩硅制成的。该膜横跨两个独立控制和高度结构的机翼框架。“它有五个独立的驱动关节,”Chung说,“这些关节由五个独立的微型马达驱动。还有额外的被动关节,沐鸣测速地址所以总的来说,你可以独立折叠左右翼。”
 
Chung设想了蝙蝠机器人在建筑行业的应用,蝙蝠机器人的体积小、机动性好、安静和安全,加上它能以奇怪的角度栖息(目前还未开发),将使其成为监测和更新施工进度的理想手段。“使用多架无人机,你可以几乎实时地创建建筑物的3D模型,”Chung说。“这可以用来与你的CAD设计进行比较,以确保你正在正确地构建结构。”
 
虽然蝙蝠机器人(见上图)还没有投入商业使用,但钟已经在致力于将设计扩大到人类大小的交通工具上,比如飞车和救护车,这样就可以避免地面拥堵。