玩過無人機(jī)的人都會(huì)告訴你:或遲或早,你的無人機(jī)肯定會(huì)撞爛。飛行動(dòng)物可沒有這樣的問題,鳥和昆蟲如果偶然撞上某些東西,它們會(huì)巧妙避開,繼續(xù)前進(jìn)。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員根據(jù)生物的特點(diǎn),設(shè)計(jì)出一款彈性四旋翼飛行器,它不容易撞壞。
設(shè)計(jì)防撞無人機(jī)有三種方法:
第一種,保護(hù)螺旋槳,用無人機(jī)框架或者螺旋槳防護(hù)層保護(hù)它。大多商用無人機(jī)有類似的裝置,有了這種等級(jí)的保護(hù),無人機(jī)不太可能撞傷人,不過由于螺旋槳保護(hù)裝置很堅(jiān)硬,所以撞機(jī)時(shí)無人機(jī)本身很容易損壞。
第二種,沖撞時(shí)讓無人機(jī)可以緩沖,不至于損壞組件,采用這種方法保護(hù)力度更大一些。怎樣設(shè)計(jì)呢?有一種辦法就是安裝柔性、可伸縮連接器,讓無人機(jī)的框架分散。這樣一來無人機(jī)的確具備更強(qiáng)的防撞能力,但是在飛行時(shí)也是“柔軟”的,會(huì)在結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性上存在許多的問題。
第三種方法最高級(jí),我們用柔性、可以旋轉(zhuǎn)的籠子籠罩無人機(jī)。在某些應(yīng)用中,罩一個(gè)籠子很好,但是籠子會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)尺寸增大,最大增加60%,撞上東西的機(jī)率也會(huì)提高?;\子還會(huì)增加重量,導(dǎo)致無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間、飛行距離縮短。
瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的構(gòu)想將上述三種方法綜合在一起,他們開發(fā)了一架無人機(jī),當(dāng)無人機(jī)即將與其它東西相撞時(shí),框架會(huì)從堅(jiān)硬變得柔韌。
設(shè)計(jì)的靈感來自于昆蟲翅膀。飛行時(shí)昆蟲翅膀必須保持堅(jiān)硬,吸收沖擊時(shí)卻是柔韌的,正因如此,當(dāng)昆蟲與其它東西相撞時(shí)翅膀會(huì)褶皺,這種褶皺是可逆的。
例如,黃蜂的翅膀相當(dāng)堅(jiān)硬,但是它可以變化,從堅(jiān)硬變成柔韌,這樣一來翅膀既具有機(jī)械彈性,又不會(huì)犧牲飛行性能。黃蜂的翅膀有一個(gè)節(jié)肢蛋白(Resilin)關(guān)節(jié)。飛行時(shí)翅膀的尖端保持彈性,碰撞時(shí)就會(huì)褶皺。如果無法恢復(fù),翅膀就會(huì)受傷。黃蜂的翅膀可以有效抵擋碰撞,不會(huì)超過負(fù)荷,又不會(huì)犧牲飛行性能。
研究人員為無人機(jī)安裝柔性框架,用磁鐵包裹無人機(jī)。當(dāng)沖撞發(fā)生時(shí)框架與磁鐵分離,緩沖碰撞。沖力消失之后,橡皮讓框架恢復(fù)到原狀態(tài),將磁鐵裝上去就可以繼續(xù)使用了。
實(shí)驗(yàn)顯示,這種框架可以抵擋50次沖撞不受損害。研究人還表示,各種機(jī)器人都可以使用類似的設(shè)計(jì),不限于無人機(jī)。
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