撲面而來的仿生機器人

鐘云

IAI的“蝴蝶”

以色列宇航公司（IAI）的工程人員目前正在開發(fā)一種超微型無人機系統(tǒng)，這種仿生學無人機系統(tǒng)名為“蝴蝶”，它能夠悄無聲息地進入目標建筑物內(nèi)執(zhí)行偵察任務，且非常不易被發(fā)現(xiàn)。

當這種名為“蝴蝶”的超微型無人機系統(tǒng)從IAI公司的機庫中起飛時，它看上去像是小孩子的玩具，然而事實上，這種無人機系統(tǒng)未來要在許多嚴峻的環(huán)境中執(zhí)行任務。

“蝴蝶”無人機系統(tǒng)的一個主要特征就是飛行噪聲小，飛行過程中非常安靜，當他在你頭頂數(shù)米高度盤旋時，在環(huán)境噪聲的襯托下，你幾乎都感覺不到它的存在。這正是以色列IAI公司在研制微型和超微型無人機時力求達到的效果——利用其飛行噪聲小的特征，無人機可以輕易地進入目標建筑物內(nèi)，并實時地將聲音或視頻傳輸給建筑物外的人員。

6年前，IAI公司一位參加過多個重大無人機項目的工程人員決定開展胡蝶翅膀仿生技術研究，并希望在這項技術的基礎上，研制可用于軍事領域的仿生學微型/超微型無人機系統(tǒng)。關于這個仿生技術研究項目，參與的工程人員提出了一個響亮的口號：如果大自然能夠做到，我們必須嘗試去模仿它。項目開始之后，IAI的研究人員首先進行的是蜻蜓仿生技術研究，因為蜻蜓有四個翅膀并且可以在空中懸停。用IAI公司軍用機器人實驗室人員伊莎貝拉·阿加什的話說，研究蜻蜓仿生技術只是一個過渡階段，研究人員成功模擬了蜻蜓翅膀的運動。之后不久，研究人員又成功模擬了蝴蝶翅膀的運動，并利用研究結(jié)果制造出了原型機。目前制造出來的原型機設計有兩對機翼，即前主翼和后翼，其中面積較小的一對后翼作用相當于升降陀與方向舵。但是，IAI的研究人員正在努力通過改變一對前主翼的振幅（前主翼中排列的纖細、透明的結(jié)構(gòu)材料能在飛行中能夠振動），從而取消后翼。此外，工程人員還在研究通過控制機翼薄膜的張力，進而控制“蝴蝶”超微型無人機的運動。

IAI的研究團隊對外公布了兩種型號的“蝴蝶”無人機系統(tǒng)，這兩種無人機都能夠直接裝在士兵的口袋里，而不需要特殊的運載設備?！昂睙o人機的操縱設備有點像當下流行的觸摸屏智能手機，同樣易于攜帶。但是，除了已公開的兩種型號之外，IAI是否還制造了尺寸更小的“蝴蝶”無人機尚不可知。

已公開的兩個型號的“蝴蝶”無人機重量分別為8克和13克，采用同種規(guī)格的鋰電池，電池重量為2克，續(xù)航力20分鐘。飛行時，由電池驅(qū)動安裝在機身的微型電機提供飛行的動力，電機轉(zhuǎn)速7000轉(zhuǎn)/分，額定頻率分別為17Hz和40Hz。兩種無人機在執(zhí)行任務時都配備有僅重0.1克的微型攝像機系統(tǒng)，該攝像機能夠拍攝并實時傳輸加密視頻。為了保證飛行的穩(wěn)定性，從而更好地執(zhí)行任務，IAI甚至為這兩種型號的無人機研制了一套僅重3克的飛控系統(tǒng)。

已公開的兩個型號的“蝴蝶”無人機全部采用手工制造，其機翼是透明的碳纖維材料，據(jù)IAI透露，未來要想批量地制造這類無人機，就必須對機翼的外形和結(jié)構(gòu)進行改進，使其適合在機器上進行制造。而為了提高無人機的續(xù)航能力，IAI的工程人員還在積極探索新型的充電技術，從而使無人機停落在高壓電纜上時可以“吸取”電能為自己的鋰電池充電。

據(jù)參與項目的人員透露，未來“蝴蝶”無人機將主要用于城市戰(zhàn)場，特別是巷戰(zhàn)中。所以，如何為“蝴蝶”指路使其準確到達目標區(qū)域，從而提供最精確的情報，是當前面臨的最大難題。

更袖珍的“機器蒼蠅”

盡管“蝴蝶”看上去已經(jīng)夠小了，但是與“蒼蠅”相比還不在一個量級。

美國哈佛大學工程學教授羅伯特·伍德曾在過去的12年里，一直致力于蒼蠅大小無人飛行器的研制。不久前，羅伯特·伍德和他的同伴們成功克服了重量、空氣動力學、撲翼振動、動力供應等方面的難題，成功制造出了外形比一美分硬幣還小的飛行器——機器蒼蠅。這種昆蟲級別的機器人，未來可以用來搜尋失蹤的人，偵察敵人，跟蹤有毒污染物，甚至幫助植物授粉，等等。

要想制造這樣小的機器蒼蠅并不容易，為了獲得制造這種昆蟲級無人機的材料，伍德和他的伙伴將極小極薄的復合材料分開成兩層，中間部分不分離，像打開的書本一樣，這樣就獲得了無人機的基本結(jié)構(gòu)。據(jù)介紹，這種方法未來也將用于無人機的批量生產(chǎn)，但是在投入批量生產(chǎn)之前，還要經(jīng)過幾代原型機的測試。目前制造完成的原型機重量為80毫克，機翼每秒可以振動120次。頻率幾乎接近真蒼蠅，快得肉眼根本無法看清，它還能在空中盤旋并沿著預先設好的路線加速飛行。

這款昆蟲級無人機的翅膀由碳纖維加固的聚酯薄板組成，其機身結(jié)構(gòu)由壓電晶體制成，能夠根據(jù)所使用的電壓收縮和伸展。研究人員通過計算機監(jiān)控其行動和調(diào)整其高度。據(jù)介紹，在這款無人機上，目前需要解決的一個關鍵問題就是能量的供應。由于無人機本身重量超小，所以自身無法隨身攜帶電池，只能通過地面的一條細金屬線來傳輸和供應能量。