“用振翅调节方向与速度” 无人机将实现“感知飞行”

by Jeong Ilwoong

Published 22 Sep.2024 09:48(KST)

一种能够像鸟类和昆虫那样通过振翅飞行，并感知风压和空气流动从而调节飞行方向和速度的“感知飞行（fly-by-feel）”控制技术已被开发出来。

感知飞行无需在飞行器上安装摄像头和全球定位系统（Global Positioning System）等传感器，也能感知周围环境的变化。

尤其是，该技术被认为的一大优势在于，即使在如自然界中鸟类和昆虫所处的那种不稳定气流环境下，也能充分发挥悬停（在原地静止飞行）和旋转等多种飞行能力。

利用昆虫飞行原理开发的“感觉飞行”控制技术概念图。韩国研究财团提供

韩国研究财团22日表示，由 Kang Daesik、Han Seungyong、Ko Jesung 三位 Ajou University教授组成的联合研究团队成功开发出了感知飞行控制器。

“振翅无人机”相比螺旋桨方式的旋翼无人机，其机体结构更加柔性、柔软，因而更耐碰撞。同时，其降噪效果出色，被视为超轻量级无人机领域的高效机型而备受关注。

但由于现有振翅无人机沿用旋翼无人机的控制方式，虽然可以实现悬停，但在依托气流进行远距离飞行方面存在局限，因此有必要开发独立的控制系统。

联合研究团队正是基于这种开发需求着手解决相关问题。

首先，联合研究团队注意到，位于飞行昆虫翅膀上的钟形感知器官——Campaniform sensilla，会感知并利用风引起的翅膀形变程度，从而实现快速飞行控制。

研究团队据此原理，开发出了仿照 Campaniform sensilla 的超轻量高灵敏度裂纹传感器（用于测量机械形变），并将其安装在振翅无人机上，收集因翅膀形变而产生的信号变化。

对收集到的信号变化进行分析后发现，在翅膀形变信息中，包含了用于无人机飞行控制所需的风向、风速等信息。

在此基础上开展的实验表明，联合研究团队的感知飞行控制技术仅凭翅膀形变信息，就能以80%多的准确率对飞行中风的方向和强度进行分类，并且在有风环境中，振翅无人机也能移动到目标位置并保持位置稳定。

此外，在无风环境中，振翅无人机还能自主追踪飞行路径，按照用户指定的6种路径进行飞行，这一能力也通过实验得到了验证。

Kang Dae-sik 아주大学教授。韩国研究财团提供

Kang 教授表示：“本次研究的意义在于，开发了此前尚不存在的、基于翅膀形变信息的振翅无人机控制系统，并验证了其实用性。希望这一研究成果今后不仅能应用于悬停，还能在可滑翔的振翅无人机开发过程中，发挥提供线索的作用。”

此次研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团推进的中坚研究项目资助下完成。研究成果已刊登在9月20日出版的国际学术期刊《Nature Machine Intelligence》上。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。