好神奇!上天入海的仿飞鱼无人航行器问世了

2017-10-11 11:06:27
来源:雷锋网
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目前,无人机的种类繁多用途广泛,但大多数都是在天空中执行任务。灵感源于动物的仿生无人机近几年也层出不穷,比如像宾夕法尼亚大学的GRASP实验室研制的蜜蜂无人机群、德国科技公司Festo推出的仿生蜻蜓无人机等。

近日,据外媒报道,美国霍普金斯大学应用物理实验室研制出仿飞鱼的水下无人航行器FlyingFish, 它能够在天空和水下两种界面进行畅游。这项发明的灵感来源于飞鱼,因其可畅游水里也能跃至海面飞行的特性,这款水下无人航行器的研制受到它的启发。

“飞鱼”概念机目前只作为一项独立研究和开发的提案,工程样机已开发成功 。仿生飞鱼航行器样机的主体由泡沫塑料和碳纤维材料构成,重约340克,推进系统为小型电机结合前置螺旋桨,飞行速度高达每小时48千米。

仿生“飞鱼”航行器的螺旋桨设计与飞鱼的鱼尾鳍功能相似,它可以根据航行环境的不同来调整螺旋桨的转速。从而自主地在水下与空中两种环境顺利转换。当它从水里畅游准备转换为空中无人机模式时,研究人员注意到,飞鱼在水下加速到足以令它突破水气界面的速度,然后跃至海面,在水气界面转换时仍会继续提高动能以达到飞行的速度,从而令无人航行器像传统固定翼飞机一样运行。

尽管仿飞鱼水下航行器原型机还未安装环境感知相关负载,但依据其概念,这款水下无人航行器在执行远距离水域或多个水域连续水下任务时,可升空高速飞行至目标水域后,进入水下收集环境数据或执行情报监视侦察,再出水升空传回数据,较传统无人潜航器更高效。

实验室研发人员之一Joe Moore表示,“研发飞鱼无人机最大的挑战就在于利用一个单独的电机螺旋桨组合来实现无人机从水域到空域的转换,我们成功了。”

同时,另一位技术人员Will Setzler则说道,“飞鱼无人机有着广阔的前景,未来,我们期待着它能够执行更多新的任务。”

根据这样的功能及属性,仿飞鱼水下航行器未来可能会搭载多种传感器,进行水下、水面、空中等多种领域的监测和侦察。

在研制仿生飞鱼水下航行器之前,美国霍普金斯大学应用物理实验室也曾经研发过两款无人机,具有一定的经验和技术积累。其中最具代表性的是:利用3D打印技术的空中无人机以及利用放射性同位素驱动的“蜻蜓”概念无人机。

3D打印空中无人机可用于高风险任务中

在此之前,美国霍普金斯大学应用物理实验室,曾研制出一款利用3D打印技术的空中无人机。它被称为“耐腐蚀空中隐蔽无人航海系统”,这款无人机能够潜入水下长达数月而不会腐烂或者损坏。当它一旦收到任务指令,便第一时间从水下升至水面,开始飞行和执行多种任务。

在研发过程中,如何防止无人机在海水出现腐烂现象,这是研发团队面临的挑战之一。为了找出解决办法,研发团队在测试中先将3D打印无人机CRACUNS的敏感部件密封进一种感压力容器内,然后将暴露在外表的嘛达使用保护涂料进行防水处理。最后,研究人员将无人机在海水中浸没了两个月后,发现其毫无腐烂迹象,也依然能够满负荷运行。

这款3D打印无人机是由3D打印部件和防水涂料组成,其优点在于制造成本较低且工序方便,因此便于大规模生产。并可以在高风险的任务中作为一次性的使用工具。除了军事用途之外,它也可应用于非军事用途,比如可帮助研究机构监控海洋等。

这台3D打印无人机尚处于原型阶段,根据资料显示,它目前只能从水下发射到空中,其他功能仍在进一步完善,研究人员的下一个目标是令它能够在完成空中任务之后继续返回水下执行任务。

专为探索土星而打造的双四旋翼无人机“蜻蜓”

霍普金斯大学的应用物理实验室研究小组一直在专注对土星月球Enceladus和Titan的研究。其中,Titan低重力、浓厚但无风的大气环境使得它成为了展开飞行探索性任务的完美对象。

双四旋翼无人机“蜻蜓”项目的首席研究员Elizabeth Turtle指出,这种实验是他们在实验室无法进行的,因为涉及到时间尺度问题,而Titan富含有有机分子和液态水的表面却能维持一段很长的时间尺度。此项目就是为了研究Titan生命前化学而设计的。

由于Titan的云层过于厚重,所以上面能够吸收的太阳能效率比较低,为此,研究人员改用了多任务放射性同位素热电机(MMRTG)为飞行器提供能源。据了解,MMRTG能让这架双四旋翼无人机在白天持续飞行一个小时,它将在夜晚期间进行充电。

蜻蜓无人机的空气流动可以让它增加收集样本和测量的种类。在时长1个小时的飞行中,飞行器大概能飞10到20公里。这意味着蜻蜓在为期两年的任务中能够探测到非常广泛的范围。

而NASA现阶段正在对这些项目进行评估然后选出将能继在新前线项目继续下去的项目。这个机构计划在今年年底宣布一个或多个将可能会继续获得投资的项目,最终决定将在2019年年中公布,2025年则将正式执行。

近年来,霍普金斯大学在无人机的研制方面针对不同的研究目的展开了不同方向的探索,并取得了一定成果。虽然目前“蜻蜓”无人机和3D打印无人机尚处于继续完善的阶段,离落地尚存一段距离,但这也彰显了人类在无人机科研领域中又跨出了新的一步。

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