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来自 生命科学 2020-03-17 04:54 的文章
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美军展出使用燃料电池的“昆虫间谍”

美国空军一位官员表示,这些像昆虫一样大小的监视无人机尤其可以在太平洋地区发挥巨大作用。

总之,尽管微纳无人机面临诸多挑战,但不可否认的是仿生技术发展迅速。从蜘蛛到鸟类,从章鱼到蟑螂,各种生物为技术进步不断提供灵感。越来越多的国家开始重视微纳无人机技术,并开始在军事和民用领域发挥越来越重要的作用。(作者签名:小英说科技)

难被察觉

“微型蝙蝠”纳米无人机(Micro Bat)是美国相关科研部门模仿鸟类或昆虫飞行模式开发的新型微型无人机。扑翼仿生无人机可以通过调整翅膀适应不同的气象条件来应对各种飞行条件。一种由电池供电的微型四旋翼扑翼机,由微型机电系统驱动,重量仅为10g,酷似蜻蜓的翅膀。“微型蝙蝠”(Micro Bat)可以携带微型摄像机及其下行数据链路或声学传感器对敌人进行安静的实时侦察,并可以承担室内或室外侦察任务。通过模仿鸟类或昆虫的飞行模式,扑翼仿生学只需要调整翅膀,使其更适合不同的气候环境。

纳米无人机体积小而速度低,机翼载荷很小,飞行更像小鸟和大昆虫,几乎不存在惯性,很容易受到不稳定气流,如城市楼群中的阵风以及风雨的影响。在这种情况下如何保持其航线,并可执行操作人员的机动命令,是飞行控制方面的一大挑战。

在测试中,一名士兵甚至没有注意到一架“黑大黄蜂三号”无人机在他身后几英尺处飞行。在森林里或灌木丛中飞行时很难被视觉看到,即使被发现,也可能被误认为是鸟或更大的昆虫。此外,由于其体积小,雷达探测概率低,几乎不可能被防空武器击落。在过去的7年里,“黑黄蜂”无人机已经被30多个国家购买和部署。虽然单价高达125,000美元,但美国陆军仍在考虑为所有步兵单位装备这种微型无人驾驶飞行器。

难关2 保持航线

微型无人飞行器”的概念是由美国科学家布鲁诺奥根斯坦(Bruno W-Augenstein)在1992年由美国国防高级研究计划局(DRAPR)主办的未来军事会议上首次提出的。它一般指那些比手掌还小的微型无人飞行器。在美国发动的两次海湾战争中,美国特种部队已经将这种微型无人驾驶飞行器(UAV)应用于战斗中。它主要用于实时侦察伊拉克军方的军事情报,以便随时发动攻击,从而减少自己战斗人员的伤亡。为了更好地满足未来战场城市战争和室内特殊任务的需求,美国军事和军事研究部门也在开发比微型无人机更小的纳米无人机。这种无人驾驶飞行器可以放在士兵的背包里,体积很小,敌人很难找到,它可以飞到建筑物里拍照、记录,甚至通过自爆杀死敌人目标,使人们无法阻止它。

随后几年,航空环境公司还开发了这种无人机的锂电池和燃料电池版本,载重量和飞行距离都有了很大提升。

等离子微型无人飞行器也是美国正在研发的小型微型无人飞行器,翼展数米,重量不超过10g。无人机将采用等离子体动力装置和充气机翼,可以改变形状,减小阻力,提高飞行机动性。充气机翼也有弹性,在碰撞或硬着陆时不会断裂。美国相关科研部门对可充气机翼进行了碰撞试验,结果表明其安全性达到100%。

而在旋翼机方面,美国Lutronix公司曾研制出一种微型旋翼无人机。该机续航时间为30分钟。可以采用单旋翼和对转双旋翼的不同类型。基本型直径为10厘米,重316克,有效载荷大约100克。美国宾夕法尼亚大学GRASP实验室在2012年也展示了像蜂群一样成群飞行的由20架纳米4旋翼无人机组成的同步飞行阵列。

“黑大黄蜂”无人机是美国军方正式投入生产的一种微型无人机。它也是一架微型高科技“无人直升机”。它已经发展了三代,主要用于侦察、目标指示、火力修正和损害评估。它的身体由硬塑料制成,只有手掌大小。无人机总重量小于56.7克,整个系统总重量小于1.36公斤(包括无人机、扩展接口、平板显示器和手柄遥控器)。士兵可以在1分钟内准备好使用。它的最大飞行速度为35公里/小时,续航时间约为25分钟,航程为3.2公里,远程有效距离为1000米。士兵控制无人驾驶飞行器,通过遥控手柄和平板显示器观看侦察视频。经过美军的测试和反馈改进,“黑大黄蜂三号”无人机已于2018年开始批量采购和集结部队。在陆军试验中,军方赞赏无人驾驶飞行器的卓越性能和可靠性。

忘了那些目前正在追踪恐怖分子的又慢又吵的无人机吧,想象一下一大群微型无人机在敌方无法察觉的情况下随意进出防空系统层层布防的敌方领空的情景吧这就是美国空军设想的未来场景。

标签主题:微型无人飞行器“美国特种部队

为了实现这一目标,美国空军要求无人机生产商研发更多的微型飞行器纳米无人机,这种无人机可以远距离飞行以对敌方进行侦察。

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不过,仿生纳米无人机技术正在突飞猛进,也许数年之后,爬到你身边的蟑螂或飞进室内的苍蝇竟然是来窃听和窃照的间谍;也许当你听到落在窗前电线上的鸟儿在歌唱时,它可能就是一个正在把镜头对准你的机器人!

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载重量提升

难关3 远距离通信

美国的传统盟友英国曾在阿富汗战场上部署了一种名为黑色大黄蜂的纳米无人直升机。该机长约10厘米,高约2.5厘米,重量仅有16克,航程约为800米,最大时速为每小时35公里,可连续飞行30分钟。这种纳米无人机安装了微型摄像机,可以将拍摄到的画面即时传送到手持式控制终端。它可由军人遥控飞行,也可以在输入坐标后自行飞到目的地。

接下来的一年,美国空军揭开了昆虫大小间谍飞机的神秘面纱,声称它们微小如大黄蜂,难以被发现,并可飞入建筑物中进行拍照,录音,甚至袭击抵抗分子和恐怖分子。

目前,绝大多数飞行器都依靠水平旋翼或者螺旋桨来提供动力,这限制了它们在狭窄空间里活动的能力。而扑翼式无人机通过模仿鸟类或昆虫的飞行方式,可以解决这一问题。2011年,美国航空环境公司推出一款名为纳米蜂鸟的扑翼式无人机,堪称仿生机器人的典范之作。该无人机外形酷似蜂鸟,长仅16厘米,重量不及一个5号电池。纳米蜂鸟无人机的翅膀像纸一样纤薄,每秒钟能拍打20-40次。通过改变翅膀的角度和形状对飞行姿态进行调整,它在空中的盘旋时间能超过11分钟。这个小巧的蜂鸟身上安装有微型摄像机和遥控装置,可以从窗户或其他小开口飞进飞出,可用于室内外侦察。它在空中十分稳定,即使在强风中也具有良好的操控性。

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