無人駕駛飛行器(UAV)或無人駕駛飛機(jī)已廣泛用于各種現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境，包括電影業(yè)、軍事和運(yùn)輸部門。未來，它們還可用于在搜索和救援任務(wù)期間協(xié)助人工代理、監(jiān)控遠(yuǎn)程或無法進(jìn)入的環(huán)境以及交付包裹。

當(dāng)今市場上的大多數(shù)無人機(jī)都有類似的結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主體和四個(gè)或更多的旋轉(zhuǎn)螺旋槳組成。然而，一些工程師一直在開發(fā)新的無人機(jī)，其設(shè)計(jì)靈感來自鳥類或其他飛行生物。

劍橋大學(xué)和耶路撒冷希伯來大學(xué)的兩位研究人員ArionPons和FehmiCirak最近推出了一種新方法，可以使無人機(jī)具有超機(jī)動(dòng)性，從而可以調(diào)整其機(jī)翼配置。他們的方法在arXiv上預(yù)先發(fā)表的一篇論文中提出，從允許鳥類、蝙蝠和其他飛行生物體以不同且精細(xì)的方式飛行的生物動(dòng)力學(xué)中汲取靈感。

“這篇論文的想法是我在劍橋大學(xué)攻讀博士學(xué)位的重點(diǎn)，”龐斯告訴TechXplore。“當(dāng)時(shí)，我正在尋找使現(xiàn)有無人駕駛飛行器(UAV或無人機(jī))更具機(jī)動(dòng)性的方法。機(jī)動(dòng)性的提高可能會(huì)導(dǎo)致人工智能控制的戰(zhàn)斗無人機(jī)的性能更好;或更有效的導(dǎo)彈技術(shù)。”

在他們開始研究他們的方法之前，Pons和Cirak仔細(xì)研究了使鳥類、蝙蝠和其他飛行生物通過復(fù)雜的機(jī)翼運(yùn)動(dòng)獲得非凡的飛行機(jī)動(dòng)性的生物動(dòng)力學(xué)。他們論文的主要目的是人工復(fù)制這些動(dòng)物的機(jī)翼運(yùn)動(dòng)，以從根本上增強(qiáng)無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性。最近的研究還從航空工程領(lǐng)域先前的研究中汲取了靈感，這些研究旨在開發(fā)新技術(shù)以使無人機(jī)更具機(jī)動(dòng)性。

“通過觀察鳥類、蝙蝠和其他飛行生物使用的復(fù)雜機(jī)翼控制類型，我們可以了解不同類型機(jī)翼控制的極端機(jī)動(dòng)效果，”龐斯說。“在機(jī)動(dòng)無人機(jī)的獨(dú)特計(jì)算機(jī)模型上模擬這些影響，我們可以完善這種理解，并建立一個(gè)關(guān)于什么樣的機(jī)翼控制會(huì)產(chǎn)生什么樣的效果的庫。”

Pons和Cirak選擇了他們希望無人機(jī)執(zhí)行的特定極端飛行機(jī)動(dòng)或超機(jī)動(dòng)。使用他們編譯的庫中的信息，他們可以確定使用無人機(jī)成功執(zhí)行這些超機(jī)動(dòng)所需的機(jī)翼控制。

“結(jié)果是在仿生無人機(jī)中實(shí)現(xiàn)不同形式的極端機(jī)動(dòng)的具體策略，”龐斯說。“我們的方法可以使用特殊形式的仿生機(jī)翼變形控制，將相對(duì)普通的無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性提高到高性能戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)動(dòng)性。更具體地說，我們可以重現(xiàn)超機(jī)動(dòng)性的形式：比如將飛機(jī)傾斜到向后的方向(‘眼鏡蛇機(jī)動(dòng)’)，或者讓它完美地降落在垂直的墻上。”

研究人員使用最先進(jìn)的飛行模擬器評(píng)估了實(shí)現(xiàn)兩種主要超機(jī)動(dòng)的方法的有效性，稱為Pugachev眼鏡蛇和彈道過渡機(jī)動(dòng)。這些機(jī)動(dòng)以前只在使用高性能和昂貴戰(zhàn)斗機(jī)的無人機(jī)中復(fù)制，但龐斯和奇拉克在一種功能遠(yuǎn)沒有那么強(qiáng)大的機(jī)翼變形無人機(jī)中模擬了它們。

在未來，他們的工作可以為開發(fā)能夠進(jìn)行先進(jìn)的空對(duì)空作戰(zhàn)、在粗糙或不平坦的表面著陸、發(fā)射導(dǎo)彈或游蕩彈藥的高度機(jī)動(dòng)無人機(jī)鋪平道路。此外，研究人員設(shè)計(jì)的方法可用于研究不同動(dòng)物物種的生物飛行動(dòng)力學(xué)。

“在我目前在以色列耶路撒冷希伯來大學(xué)的職位上，我正在與RAFAELAdvancedDefenseSystems合作開發(fā)仿生無人機(jī)，”Pons補(bǔ)充道。“我希望進(jìn)一步開發(fā)這些仿生無人機(jī)并評(píng)估它們的工業(yè)應(yīng)用。也許有一天你會(huì)看到仿生無人機(jī)!”