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靈感來(lái)源于野鴨子，這種無(wú)人機(jī)能自?shī)首詷?lè)飛行一夏天！

2017-06-08 08:19 性質(zhì)：轉(zhuǎn)載 來(lái)源：麻省理工科技評(píng)論
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相比于多旋翼無(wú)人機(jī)，固定翼無(wú)人機(jī)是一種飛行效率更高、速度更快、續(xù)航能力更強(qiáng)的飛行器。但是，由于固定翼無(wú)人機(jī)對(duì)于起飛和著陸的要求比較高，所以在長(zhǎng)期...

　　相比于多旋翼無(wú)人機(jī)，固定翼無(wú)人機(jī)是一種飛行效率更高、速度更快、續(xù)航能力更強(qiáng)的飛行器。但是，由于固定翼無(wú)人機(jī)對(duì)于起飛和著陸的要求比較高，所以在長(zhǎng)期自主性飛行方面還有諸多挑戰(zhàn)。想要無(wú)人機(jī)連續(xù)自主飛行數(shù)天或者數(shù)周時(shí)間，并且不依賴(lài)于任何特殊的著陸臺(tái)和設(shè)施，那就需要研究者多開(kāi)腦洞啦。

　　就在前不久的機(jī)器人與自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議（ICRA 2017）上，加拿大舍布魯克大學(xué)（University of Sherbrooke）的研究人員就提出了一種創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)思路——用湖泊作為著陸臺(tái)，通過(guò)一種巧妙的鉸鏈設(shè)計(jì)，使得固定翼無(wú)人機(jī)能夠在湖面高效的起飛，并利用太陽(yáng)能及時(shí)充電，自主環(huán)游整個(gè)加拿大的湖泊！

　　這種固定翼無(wú)人機(jī)叫做SUWAVE（Sherbrooke University Water-Air Vehicle），著陸時(shí)直接墜落在湖面上，停航時(shí)漂浮在湖面并通過(guò)太陽(yáng)能板充電，然后憑借其特殊設(shè)計(jì)的鉸鏈螺旋槳從湖面再次起飛。

　　研究人員的靈感來(lái)自于野鴨在水面的起飛。舍布魯克大學(xué)Alexis Lussier Desbiens教授說(shuō)：“看到野鴨在水面起飛的慢鏡頭了嗎？那就是整個(gè)項(xiàng)目的靈感所在！”

　　想要無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的持久飛行，還真是得選固定翼設(shè)計(jì)，因?yàn)楣潭ㄒ淼臍鈩?dòng)效率是旋翼無(wú)人機(jī)所無(wú)法比擬的。認(rèn)清這一點(diǎn)之后，所有的問(wèn)題只需圍繞如何根據(jù)固定翼無(wú)人機(jī)的特殊需求——起飛和降落——進(jìn)行折衷設(shè)計(jì)。

　　固定翼無(wú)人機(jī)的起飛是非常有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樗仨毾入x開(kāi)地面，然后螺旋槳才能工作，并且同時(shí)還需要一定的離開(kāi)速度才能升空。

　　通常的做法包括使用彈射器之類(lèi)的東西，但是這對(duì)于長(zhǎng)程自主飛行來(lái)說(shuō)是不切實(shí)際的。還有一些方案會(huì)針對(duì)無(wú)人機(jī)垂直起落的尾座設(shè)計(jì)、機(jī)翼或者額外的支撐等復(fù)合設(shè)計(jì)。但是，這些復(fù)合系統(tǒng)既復(fù)雜又低效，并且仍舊需要擔(dān)心其是否能找到可靠的安全著陸點(diǎn)。

　　SUWAVE固定翼無(wú)人機(jī)就一次性地解決了所有這些問(wèn)題：僅僅變?yōu)閺乃掀鹇?。這種水上起落方式既讓人吃驚又讓人懷疑，因?yàn)闆](méi)有人提出過(guò)這種想法。

　　SUWAVE降落的方法也很簡(jiǎn)單：選擇任何你想要的方式“撞向”最近的湖面。這種降落方式聽(tīng)起來(lái)都疼，但是對(duì)于重量?jī)H為584克的SUWAVE來(lái)說(shuō)，它受到的沖擊僅有大約15g，這對(duì)于其自身的設(shè)計(jì)強(qiáng)度來(lái)說(shuō)基本不值一提。更不用說(shuō)，SUBWAVE本身還是防水的，并且能夠漂浮在水面上。

　　圖丨SUWAVE起飛過(guò)程示意圖：釋放閂鎖、較重的機(jī)身中部擺動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳升空。

　　當(dāng)SUWAVE再次起飛的時(shí)候，只需要釋放一個(gè)小閂鎖，較重的機(jī)身中部（包含后端的電池以及前端的發(fā)動(dòng)機(jī)等）將圍繞機(jī)翼前端自由擺動(dòng)。因?yàn)檩^重的電池在后端，所以機(jī)身中部后端會(huì)沉沒(méi)在水中，這將使前端的發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳指向空中。

　　一旦發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，將牽引無(wú)人機(jī)從水中飛出并升空，機(jī)身中部也將擺回與機(jī)翼對(duì)準(zhǔn)并鎖緊。除了閂鎖之外，整個(gè)起飛方法都是無(wú)源的，并不需要任何傳感器或者驅(qū)動(dòng)器。并且，必要的時(shí)候還能用于翻轉(zhuǎn)整個(gè)機(jī)身。

　　利用湖泊作為著陸臺(tái)，不僅僅因?yàn)槠湟子诎l(fā)現(xiàn)、平坦且柔軟，除此之外，湖泊還是理想的充電場(chǎng)所。SUWAVE的機(jī)翼上裝有太陽(yáng)能電池板，所以當(dāng)其平穩(wěn)地漂浮在湖面時(shí)就能及時(shí)充電。

　　研究者稱(chēng)，加拿大境內(nèi)的湖泊相互之間的平均間距大約20千米，所以SUBWAVE無(wú)人機(jī)只需通過(guò)不斷地重復(fù)跳湖、太陽(yáng)能充電、再次起飛，就能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的航行。換句話說(shuō)，SUWAVE能夠自?shī)首詷?lè)在加拿大各個(gè)湖泊中玩一整個(gè)夏天！

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