研究人员开发出可自主飞行的飞蛾形无人机

来源：滚动播报

（来源：中国航空报）

　　美国辛辛那提大学的研究人员正在研发一种带有扑翼的无人机，它能够像飞蛾扑火般定位并悬停在移动的光源周围。

　　辛辛那提大学工程与应用科学学院助理教授萨梅赫·艾萨（Sameh Eisa）和他的航空航天工程系学生对这些不同寻常的无人机很感兴趣，因为它们飞行效率极高，而且可以缩小尺寸用于隐蔽监视。

　　飞蛾拥有令人惊叹的悬停能力，甚至可以倒飞。它们会自动进行微调，以抵消风力或障碍物的影响，从而保持静止或追踪移动物体。

　　艾萨表示，他研发的这种“飞蛾式”无人机也能进行微调，以保持与光源所需的姿态和距离，即使光源移动也能保持稳定。

　　艾萨感兴趣的原因在于它的尺寸。这是一种更优化的设计。这些小型机器人必须像飞蛾一样飞行。艾萨一直致力于探索动物启发式工程。此前，他研究了能够利用动态滑翔的力量更高效地覆盖大范围距离的无人机，其飞行方式与信天翁颇为相似。

　　在发表于《物理评论E》期刊的最新项目中，艾萨与博士生艾哈迈德·埃尔戈哈里提出，悬停昆虫之所以能够如此灵巧地飞行，是因为它们采用了类似于极值搜索反馈系统的机制。

　　这些系统无须复杂的计算、全球定位设备或人工智能，只需不断调整控制输入（例如，每秒拍动的次数），即可实现无人机的实时导航。

　　拍打式无人机通过独立拍打机翼来控制滚转、俯仰和偏航。但这种独立拍打的速度太快，肉眼无法观察到。相反，拍打后的机翼看起来就像蜂鸟翅膀的模糊影子。

　　该研究的主要作者埃尔戈哈里说道：“我们的模拟表明，极值寻求控制可以自然地重现昆虫身上的稳定悬停行为，无须人工智能或复杂的模型。这是一个简单的反馈、无模型且实时的原理，可以解释这些小生物如何以非常有限的脑力实现如此敏捷。”

　　无人机会同时测量其被编程优化的任何功能的性能，例如，寻找光源，并在恒定的反馈回路中修正其航向，从而实现极其一致和稳定的飞行。这架无人机能够精准地模仿它所模仿的每一种悬停昆虫——飞蛾、黄蜂、蜻蜓、食蚜蝇、大蚊以及蜂鸟——微妙而独特的来回摆动姿态。

　　像蜂鸟或透翅蛾这样的悬停昆虫，其翅膀以独特的“8”字形运动方式扇动，使其在翅膀的下拍和上拍过程中都能获得升力。这种灵活的翅膀在每次拍动时都会发生形变，从而最大限度地提高升力和机动性。

　　埃尔戈哈里使用遥控器在艾萨的飞行实验室中演示了扑翼无人机的飞行方式。他表示，手动控制这架灵敏的无人机比使用其自身的极值搜索系统要困难得多，可靠性也低得多。但一旦启动，扑翼无人机便会升空并悬停在空中，虽然略微有些摇晃。这种摇晃是故意设计的，它为系统提供了所需的扰动，以便系统评估性能变化，从而不断修正航向，优化飞行。

　　艾萨表示，这项研究不仅对新型自主无人机具有潜在意义，而且也揭示了这些微小昆虫如何凭借花粉粒大小的大脑完成令人惊叹的特技飞行。（逸文）