

要设计一架高效飞行的无人机,还有什么比鸟类更好的灵感呢?
为了保持这种精神,荷兰的研究人员表示,通过模仿自然界飞行生物的技术,他们设计了一种有翼无人机,与同类产品相比,它可以毫不费力地翱翔,几乎不需要动力飞行来保持空中飞行。
根据他们尚未经过同行评审的研究,他们的鸟状无人机重约1.5磅,在风洞中悬停时,只需要使用螺旋桨0.25%的时间,而正常飞行需要38%的时间。换句话说,这仅仅是减少150倍动力油门的使用——效率上的一个相当大的提升。
研究人员称这种特殊的飞行形式为“地形翱翔”。从本质上讲,鸟类如何飞翔:乘着上升气流,保持稳定的位置,以适当的速度下降。
你可以在下面看到一个早期版本的实验,令人印象深刻的是,它根本没有使用螺旋桨。
模仿复杂的生物学机制绝非易事。像秃鹰这样的鸟类已经飞到了一门艺术,有人观察到一只秃鹰在不拍打翅膀的情况下飞行了五个多小时。相比之下,高质量的消费级无人机一次只能飞行半小时。
为螺旋桨的持续输出储存足够的能量——或者说“飞行耐力”——是无人机设计者最大的敌人。除此之外,鸟类相对于机器的最大优势是对风的直观理解,能够像船长驾驭帆船的风帆一样驾驭变幻莫测的阵风。
这种直观的优势是研究人员关注的重点,他们设计了一种自主算法,可以根据风向的变化来调整无人机的控制。该算法通过一套传感器,包括一个空速传感器、一个GPS系统和一个摄像头,来监测其机载环境。
该研究的主要作者、荷兰代尔夫特理工大学的航空航天工程师Sunyou Hwang告诉《新科学家》杂志说:“当风场发生变化时,它会适应环境,自主地改变位置。”“如果目前的位置不起作用,它总是试图找到一个新的位置——它非常灵活。”
虽然在这里实现的飞行时间不超过30分钟,但就无人机的简单程度而言,这仍然是一个令人印象深刻的持续时间,而且需要的推进和干预也很少。
然而,无人机还需要在风洞之外磨砺自己。谢菲尔德大学自动控制和系统教授乔纳森·艾特肯表示,研究结果有望用于小型无人机,但算法需要更快地响应,以跟上现实世界的风向。