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从生物种类中获取技术:无人机将会更智能化

自然界中总有人类想要窃取的技术,比如人类发现自然界中的昆虫拥有精确制导能力,通过对昆虫视觉系统原理的研究,提出的基于生物机理的辅助导航技术,可以应用于惯导系统误差的修正,让无人机也具有跟昆虫一样的自动避障。对此,小编对无人机从昆虫中窃取的技术做了一些整理。

光流技术或帮无人机安全避障

澳大利亚昆士兰大学的院士对蜜蜂的导航方法进行了多年的研究。他发现蜜蜂依靠飞行过程中感受到的视觉变化来导航。当蜜蜂在自然界中飞行时,自身相对于外部物体的运动会在视网膜上产生图像变化。这种图像变化形成了所谓的“光流”信息,蜜蜂正是根据这种光流来执行速度测量、着陆、姿态控制等各种导航任务。

光流技术1

正是从生物学中昆虫飞行时将光流用于精确制导的行为得到启发,光流技术被应用于无人机的动态定位和导航中。

无人机光流技术的应用可以利用光流传感器对捕捉的图像进行分析,实时获取无人机自身位置及运动情况,并将测得数据信息实时传输回地面站PC机分析处理。它可完善无人机的立体视觉系统,获得精准数据来确定无人机的高度,提高无人机着陆的安全性。

无人机是在三维立体空间里进行活动,着陆时需要获取自己的飞行高度,其原有的立体视觉系统可以估算出大致的距离,但是随着距离的拉近,传感器之间的感应越强,机身也会在距离地面特定高度由于其自身控制的增益而导致震荡。

只要检测到这种震荡,就可以使得无人机停留在相应的高度,实现无人机特定高度巡航的功能。相类似的,也可以同样检测到侧向移动的物体速度,因此在自动规避障碍物的功能上同样可以应用。

除了光流技术帮助无人机实现了自动避障、安全着陆等,无人机还可以借鉴昆虫的其他技术也应用于无人机领域。

无人机借鉴蜜蜂飞行原理

英国谢菲尔德大学的科学家们致力于研究蜜蜂的活动及神经学原理,开发出了一款电脑模型,用来显示蜜蜂是如何巧妙的避开墙壁的。

无人机借鉴蜜蜂飞行原理

受蜜蜂启发的无人机设计图 来源网络

其结果显示,蜜蜂在飞行的过程中,速度的快慢是通过它们能够看到的周围物体的移动速度来调节的。但它们具体是怎么做到的,这个我们无从得知。那些对于昆虫大脑的神经回路的研究也只能告诉我们其飞行的方向,而不是速度。

飞行方向决定飞行速度,在设计无人机时我们恰巧可以借鉴此项原理。这是蜜蜂能够控制其飞行的原因,也会成为无人机飞行装置未来的发展方向。

英国谢菲尔德大学对蜜蜂视觉和嗅觉做过研究,不仅可以帮助我们更好地了解蜜蜂的大脑和人类大脑的区别,而且这个团队还试图上传计算机模拟(包括成千上万的虚拟神经元)到无人机上。

“蝙蝠机翼”使无人机飞行距离更远

来自南安普顿大学的研究人员受到蝙蝠的启发设计出创新型的薄膜机翼,为设计新一代的微型无人飞行器(MAVs)铺平了道路,该薄膜机翼改善了空气动力学特性,可以长距离、更经济的运行。

蝙蝠机翼“飞行器

该机翼就像人造肌肉一样,他们会根据其所受到的外力来改变形状并且不附加任何机械零件,使得微型飞行器能更容易维护维护机翼。

机翼的独特设计再加上具有电活性的聚合物使得该机翼变硬而且当受到外加电压时会变松弛,进一步提高了其性能。这个机翼在理论上可以证明该机翼最终会使飞机飞行比目前更长的距离。

昆虫复眼工作原理或帮无人机自动导航

近日,瑞典隆德大学的研究人员,开发了一套模拟昆虫复眼工作原理的视觉导航系统,该系统有望帮助小型无人机在复杂的飞行环境中自动导航和避免碰撞。该系统灵感来源于某些通过光照强度探测障碍物的昆虫,它们能够根据穿过树叶间隙的光线强度快速判断前方的空隙可否安全飞行。

复眼式导航系统

复眼是一种由不定数量的小眼组成的视觉器官,主要在昆虫及甲壳类等节肢动物的身上出现,同样结构的器官亦有在双壳纲身上出现。复眼中的小眼面一般呈六角形。小眼面的数目、大小和形状在各种昆虫中变异很大,雄性介壳虫的复眼仅由数个圆形小眼组成。

隆德大学生物学系的艾米丽•贝尔德(Emily Baird)称,这一系统可以应用于轻小型无人机,帮助无人机在复杂的飞行环境中避开障碍物并自动寻找安全飞行路线。这一系统在真正应用之前,还需要通过数学建模和数字系统的测试。鉴于目前复眼传感器发展缓慢,贝尔德预测发展进程需要5~10年。

“微棘刺”技术能让无人机贴在墙面降落

斯坦福大学博士生Morgan Pope在IEEE Spectrum网络版上发表他们团队最新的研究成果,通过应用模仿昆虫“微棘刺(microspines)”的技术让商业无人机实现可贴在墙壁上的降落。首次展示了这项技术可以应用于商业消费级无人机改造,并可以在户外环境中应用。

无人机贴在墙面

一部四翼无人机经过了研究团队的改装,仅加装了一个刚性尾部装置以及一对“微棘刺”装置。刚性尾部用来确保并平衡无人机贴在墙面降落后的位置,而最重要的是利用昆虫“微棘刺”构造的两个盘形装置,来自于“蚊子和蜘蛛”的腿部构造,这种装置可以在贴在墙体后利用“微棘刺”构造紧密地“钩住”物体表面的微沟槽 ,产生强大的吸附力。研究人员说这种装置甚至还能够让无人机实现头朝下倒贴在天花板上。

除此之外,世界各地的科学团队也不断致力于研究受昆虫启发的无人机。比如从蚂蚁的身上学习协作策略。集体合作时可以让一些无人机装载小型摄像设备,另一些装载 GPS ,另一些携带二氧化碳探测仪等传感器,它们组成的集体用于发现潜在的人类活动迹象。

再比如从甲壳虫的身上学习飞行技巧。加州大学伯克利分校的MichelMaharbiz 曾在甲壳虫背上放了微小的芯片,通过芯片上的无线设备接收信号,干扰甲壳虫飞行,观察它怎样做出反应、保持飞行姿态。

随着科技的进步,研究者们揭开了更多自然界的秘密。自然界是人类灵感的直接来源,无人机的设计灵感都来自于昆虫和其他生物的飞行,通过对其不断的探索和研究,未来无人机将会朝着高效化、智能化的方向发展。(来源:本网综合)

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