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新加坡科技设计大学发布ALBATROSS可空投帆船无人机:百公里级投放、可帆航返岸

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新加坡科研团队借鉴槭树种子自转原理,研发可空投 ALBATROSS 观测装置。它兼具空中自旋减速落水与水面帆航能力,投放半径可达百公里,硬件架构极简,任务后还能借风返航回收,拓展海洋感知部署思路。



一片带翅的枫树种子脱离枝头后,凭单侧翼面的无动力自转减缓下坠,借气流把自己送到离母树很远的地方。

2026年9月30日,这一空气动力学思路的研究论文在《Science Robotics》正式发表。论文的主角是一台代号ALBATROSS的可空投装置,完整命名为Airborne Lander with Buoyant AuToROtating Sailing Sensor,由新加坡科技设计大学(SUTD)的一个七人工程小组研制完成。

团队把枫树种子飘落时的自转机制搬进一台自重仅1.107千克的载体:装置由无人机在空中释放后,依靠无动力自旋压低下落速度,以可控姿态轻触水面实现软着陆;入水当时自行摆正体位,进而转成靠风力推进的帆船形态。研究人员估算,同规格平台若不采用自旋减速,触水瞬间承受的冲击能量将高出约18.5倍。

从空中载体过渡到水面航行体,向来是海洋观测装备的一道坎——多数空投单元在触水瞬间便丢掉姿态控制,只能被动漂浮,无法承接后续的定向航行或持续观测。ALBATROSS把“受控落水”与“入水扶正”两段动作收进同一台设备。论文指出,该平台消除了空中推进、复杂机械重构以及气水过渡期间主动稳定的需求。等于在大气与海面之间搭出一条低成本的连续通道,也让“空投”不再只是观测的终点,而成了水面任务的起点。

海经社发现,以枫树种子(samara)为蓝本的仿生飞行器早有先例,马里兰大学、哈佛大学工程与应用科学学院以及洛克希德·马丁的Samarai项目都曾围绕单翼自转结构做过尝试,共性都落在“无活动部件、依凭被动空气动力学维持稳定”这一条上。这次团队的不同之处,是让同一台装置在触水之后继续担起水面观测职责,而非仅作一枚坠落的传感吊舱。

100公里对7公里:空投海洋观测的长期断层

ALBATROSS能被投放到100多公里外的海面,而同类混合式微型飞行器SailMAV的投放范围只有大约7公里。这十几倍的差距,正好戳中了空投海洋仪器长期以来的痛点:从飞机或无人机上扔下去的传感器,通常只能覆盖投放点周边一小片海,想让它跑远点,就得靠船或者从岸边布放,既慢又贵。ALBATROSS想改变的,就是这种“要么扔不远,要么放不起”的局面。

这台设备盯住的正是两者中间的空白。它的设计定位,是在“一次性空投的海洋仪器”与“从船或岸上部署的漂浮机器人”之间提供一种替代方案——把前者的低开销与后者的长时观测能力拼到一处。100公里级的投放半径,意味着搭载平台不必贴近目标海域,任务响应的节奏也随之改变。

三个执行器配三块导航传感器:把节点成本压到可消耗量级

整个平台自重1.107千克,据SUTD介绍,系统仅用三个执行器和三个导航传感器,而其他混合式空中—海洋平台通常需要六到八个执行器及更广泛的传感器组。论文摘要亦确认了这一配置,称其“在降低系统复杂度的同时保留了控制权限”。

海洋无人水面机器人近年正从演示验证迈步到规模化商用。但各家市场研究机构给出的全球规模口径并不一致——有报告把2025年全球无人水面车辆市场规模估在约24亿美元,也有报告报出约10亿美元上下的区间,复合年增长率从4.5%到14.9%不等。不过各方共识却是:以自主巡测、环境监测、港口巡检为代表的需求在快速放大,而卡住普及的核心变量之一,正是单台平台的采购与运维开支。

ALBATROSS的极简架构,恰巧顶上了“怎样把海洋观测节点做得足够便宜、足以被大量抛撒”这条产业命题上。当一台可空投单元的自重与传感器数目都压到个位数,边际部署成本便不再是拦路石。

风力返岸回收:一次性投放逻辑开始松动

石油泄漏监测、具有时效性的天气事件观测,被列作这台装置的两类典型任务场景。前者要求在污染铺开之初就快速布点,后者依赖对短时窗口的抓取——两类任务都讲究“快”与“广”,单靠缓慢动员的船队难以接住。

让这台设备跳出普通耗材逻辑的一步,是它在任务收尾后可以借风力返回岸边、实施回收。论文摘要明确写道,ALBATROSS“可在任务结束时帆航返回岸边”。多数空投式海洋仪器在使命告终后便随波散失,ALBATROSS却把“投放—观测—返航—回收”连成闭环。这一安排弱化了“一次性”附带的浪费与污染隐忧,也为反复调用同一节点留出了空间。

不过,项目现有验证仍处于受控环境阶段。团队在新加坡的水库试验中,一台较大测试版本的最高航速略低于1公里/小时,连续运行约三小时,期间记录了湿度、温度与风向等环境数据。测试均在遮蔽水域完成,未来版本需承受更强的风、流、浪条件才能投入开阔海域。

海洋无人观测平台的下一程竞争,正从单一平台的续航与载荷,转向“空—面—水下”多节点协同建网。这台1.107千克的帆船无人机未必会直接定义赛道,但它把“被动式空气动力学”“极简硬件”“空投即部署”三件事压缩进同一台设备,为低成本、广覆盖的海洋感知供给了一条可复制的路径。

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