美军最新研商成果,普渡大学研究开发出最逼真

作者:3983金沙官网

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四旋翼无人相信大家都知道,但是困扰四旋翼无人机进一步发展的是它的体积和重量问题,在目前的设计中,传统四旋翼无人机依靠传统的空气动力学进行工作,这也导致其不能制造的无限小,因为制造的越小就不能产生足够的升力来支撑它们的重量。

加州理工大学研制的蝙蝠机器人

近日,普渡大学的研究人员发表了一篇论文阐述了他们近期的研究成果,其依托于仿生学的原理,模仿蜂鸟的运动研究出一种蜂鸟无人机,能够实现像机器人一样进行操纵。

英国《每日邮报》网站1月5日发表题为《五角大楼考虑研发激光动力“蝙蝠”无人机,可在无人指挥情况下自行决定是否起飞》的报道称,美国五角大楼已发起一项新竞赛——以蝙蝠和昆虫为灵感,设计激光动力无人机。 在近日发布的一份公告中,美国国防部透露其新的防务企业科学倡议试点项目正在就当前“防御挑战”的诸多主题征询设计建议,其中包括可操作性极高的无人机。 这项竞赛旨在为研发自主飞行器铺平道路,这种飞行器能够在不受人类飞行员干预的情况下更有效运作,并迅速作出决定,以改变方向和避免障碍物。 一名前美国特工警告称,特工部人员如果不接受应对高科技武器的训练,将给白宫造成“严重的威胁”。 公告称,DESI项目旨在“为自主飞行器寻找新的设计,重点关注可操作性极高的平台及与飞行控制和决策相关的计算程序”。今年的设计竞赛将专注于传感器、机动性和自主性。除以生物学为灵感的无人机外,研究主题还将包括能量束驱动、无线电力传输、柔软的活性复合材料及超材料天线。 在过去十年中为提升效率,研究人员在机器人系统的研发中越来越注重模拟自然,例如加州理工大学研制的蝙蝠机器人。 美国防务一号网站称,这项新的竞赛希望利用这些最新进展,创造出激光动力的“蝙蝠”型无人机。 公告称:“对诸如蝙蝠和飞行昆虫等灵活有机体的生物学研究,为研发复杂的飞行动力学系统提供了新的见解,这种系统往往具有极大的自由度且使用的是多功能飞行表面材料。” 公告还称:“在传感器、信息处理器最优化和小型化以及飞行控制计算程序方面的进展还使微型机器人系统的实时自主控制成为可能。” 最终的目标是打造自主型无人驾驶飞行器,它能够在“人类飞行员最低程度的干预”之下有效地在战场上飞行。 就在几个月前,美国国防部高级研究项目局披露正在考虑研发机器人蜂群,它能从地面和空中对军队提供协助,届时将有数以百计的机器人同时展开行动。

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五角大楼的“集群使能攻击战术”项目正在为可使“人与蜂群合作”的新系统寻找设计理念。 该项目已与美国雷神公司和诺思罗普-格鲁曼公司签署合同,旨在设计、研发及在实体和虚拟环境中部署这一技术,最终他们希望建立由超过250架无人机组成的蜂群。 美军已披露一款试验型无人机,它类似于一只会飞的松鼠,能够“在飞行过程中改变姿势”。 美国陆军研究实验所的研究人员称,这种小型无人机依靠的是倾转旋翼结构动力学设计。 他们解释说,它有点类似于V-22“鱼鹰”式倾转旋翼机,采用了可倾转的发动机。 美国陆军研究人员称,其目标是打造一款能与士兵展开团队合作的无人机系统。

为什么要模仿蜂鸟而不是其他的鸟类呢?蜂鸟与其他鸟类飞行方式不同,它是鸟类中唯一可以向后飞行的种类,蜂鸟的身体特别小,其飞行原理与传统空气动力学不同,蜂鸟可以通过快速振动翅膀在空中进行悬停,大概每秒中可振动15—80次。因此研究人员借鉴蜂鸟飞行原理设计了新型蜂鸟机器人。

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事实上,关于蜂鸟机器人的研究早在198年就已经开始,最初由美国国防部的研究所进行开发的一种无铰链刚性旋翼概念机,最初的一代无人机能够进行垂直起降。

而后在2009年由日本科学家研发出了真正意义上的蜂鸟机器人,其可在空中进行悬停,真正的模仿蜂鸟飞行特点而实现。2011年,有40年历史的飞行器制造公司、位于美国加州的航空环境公司(AeroVironment)研发了名为“纳米蜂鸟(Nano Hummingbird)”的无人机,当年被时代杂志评为50大创新发明之一。

而此次的研究创新与之前的研究有很多不同之初,由普渡大学研发的蜂鸟无人机,是通过物理模拟和人工智能衍生的算法进行控制,机身采用3D打印技术制成,而机翼采用碳纤维框架支撑 ,并结合激光切割膜制成,具有很高的灵活性和弹性。仅使用两个执行器,每个机翼一个,并且带有传感器(磁性传感器,陀螺仪,加速度计)和MCU。

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美军最新研商成果,普渡大学研究开发出最逼真的蜂鸟机器人。蜂鸟最大的特点就是可以向后飞行,同时偏航180°并重新稳定,机翼节拍都需要四分之一秒。因此该机器人的控制是非常困难的,研究人员通过基于模型的非线性控制进进行名义控制,同时通过AI在模拟训练中进行强化学习,并不断优化使得系统更加稳定,此方法有效的实现了控制,并且实现了类似蜂鸟的快速回避的动作。

除了控制之外,该团队通过在机翼拍打时监控电机电流,给机器人一种接近感和触觉感。这使得机器人能够跟随地形,沿着墙壁,穿过狭窄的走廊。

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​这种蜂鸟机器人可能会被用于军用侦查、搜救等多方面,在一定程度上具有很深的研究意义,期待国内研究人员能够在这方面取的突破。

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