無人機(jī)新型避免碰撞感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈感來源于蚊子

研究人員從蚊子飛行和在黑暗中著陸的能力中獲得靈感，開發(fā)了一種新的避免碰撞的感知系統(tǒng)，并在四軸飛行器上進(jìn)行了測試。由倫敦皇家獸醫(yī)學(xué)院學(xué)院的 Richard Bomphrey 教授領(lǐng)導(dǎo)的國際科學(xué)家小組，研究了Culex quinquefasciatus蚊雄性體內(nèi)的感覺機(jī)制，并找到了一種模仿這種昆蟲利用氣流探測障礙物的能力的方法。

大多數(shù)露營者都知道，在戶外睡覺最讓人抓狂的事情之一就是，在蚊子叮咬完之前，通常不可能知道蚊子是否落在你身上。造成這種現(xiàn)象的原因有很多，但一個(gè)重要的原因是，即使在漆黑一片的環(huán)境中，蚊子也能輕而易舉地降落。

他們能夠做到這一點(diǎn)要?dú)w功于機(jī)械感應(yīng)，這是一種對機(jī)械刺激的響應(yīng)，使他們不用眼睛就能夠感知障礙物。與蝙蝠不同，蚊子通過生物聲吶系統(tǒng)導(dǎo)航，蚊子使用的是它們的翅膀、觸角和氣流的組合導(dǎo)航。

根據(jù)這個(gè)研究小組的說法，蚊子通過快速拍打加長的翅膀飛行，產(chǎn)生快速的氣流提供升力。如果這些噴射物遇到障礙，這些氣流模式就會(huì)改變形狀，這些形狀可以被蚊子觸角底部的一系列受體探測到，這些受體被稱為約翰斯頓器官。這使得昆蟲可以利用“空氣動(dòng)力學(xué)成像”來構(gòu)建周圍環(huán)境的圖像，從而可以繪制地面和其他障礙物的位置。

為了了解這種蚊子是如何做到這一點(diǎn)的，研究小組對它的飛行進(jìn)行了高速記錄，然后使用計(jì)算流體力學(xué)模擬進(jìn)行了分析。他們發(fā)現(xiàn)，被稱為約翰斯頓的器官位于測量模式變化的理想位置“頭部”，因?yàn)槲米宇^部上方的壓力差異最大，所以它們在低空時(shí)的感知效果最好。

蚊子正在利用地面效應(yīng)，這是飛機(jī)從地面以兩個(gè)機(jī)翼長度飛行時(shí)通常會(huì)遇到的升力和氣動(dòng)阻力的增加。 當(dāng)模擬測試考慮到這一點(diǎn)時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)這種蚊子可以探測到20個(gè)翅膀長度以上的表面——遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過之前的想象。

然后，研究小組利用這些新的發(fā)現(xiàn)為一個(gè)微型四軸飛行器提供了空氣動(dòng)力學(xué)成像，為其安裝了仿生傳感器設(shè)備。這個(gè)裝置由一排探測管組成，探測管與放置在最高靈敏度的差壓傳感器相連。經(jīng)過一系列的測試飛行之后，該四軸飛行器可以自主飛行。

研究小組發(fā)現(xiàn)，這種四軸飛行器可以在足夠遠(yuǎn)的距離上探測到表面，從而避開地面或墻壁，而且?guī)缀趸蚋静恍枰M(jìn)行數(shù)據(jù)處理。此外，據(jù)說這種新系統(tǒng)重量輕、省電、可伸縮。

“弄清楚這么重要的一群昆蟲是如何在世界各地航行是很重要的，”邦夫雷說?！叭绻覀円钤谝粋€(gè)由飛行器和無人機(jī)完成更多工作的未來，從蚊子身上汲取一些靈感，讓我們的機(jī)器在靠近建筑物或其他基礎(chǔ)設(shè)施的地方工作時(shí)更加安全，這可能是十分有用的。

“這種研究沒有理由僅限于小型飛行器，這種地面探測能力可以擴(kuò)展到直升機(jī)，使它們在危險(xiǎn)的低能見度條件下飛行時(shí)更安全一些?！?/p>

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