赛博朋克！灵感来自枫树种子荚的多翼滑翔机，空中可分体

大数据文摘出品

来源：IEEE

编译：张大笔茹、曹培信

 

文摘菌之前报道过，无人机正在非洲成为医疗救命的杀手锏，落后的公共交通和基础设施，让无人机在此大显身手，非洲无人机的应用场景已经进入农业、野生动物保护、医疗等多个领域。尤其是医疗领域，在卢旺达，使用无人机可以让医院采购血液的时间从4小时缩短到15分钟。

 

而无人机的成本相对来说还是比较大的，目前这个项目是有政府补贴的，可一旦这些补助结束，医疗无人机的价格对于这些非洲发展中国家来说，将是难以承受的数字！

 

目前主流的无人机都是四旋翼的无人机，这种无人机需要强大的电动机和遥控系统，所以成本偏高，而且由于续航能力有限，要完成区域覆盖的话则需要相当数量的无人机，成本进一步加大而且需要相应的操作和维护人员。

 

那这样的问题可以怎么解决呢？

 

大小搭配是一个可行的方法。

 

用少量的大型无人机搭载一定数量成本很低的滑翔机，每个滑翔机带有货物（疫苗等），大型无人机在指定的路线飞一圈，在需要投送的将滑翔机投送下去，从而提高效率、降低成本。

 

这种方式需要成本非常低的滑翔机。

 

新加坡科技与设计大学（SUTD）的机器人专家一直在研发一款成本非常低，甚至可以作为一次性使用的多翼无人机，名为Samara，他们的成果发表在IEEE机器人和自动化快报的一篇新论文中。

 

论文链接：

https://ieeexplore.ieee.org/document/8744585

 

灵感来自枫树种子荚

 

对于滑翔机的设计来说，需要最大限度地减少机身质量和操纵面（control surfaces），而秋天从树上旋转着落到地面的枫树种子荚则研究者们提供了一些灵感。

 

 

研究人员将五个这种类似枫树种子荚设计的滑翔机连接在一起，然后看在飞行过程中将它们分开会出现什么样的状况，如果能够做到空中散开并各自滑翔到预期地点，那么投送效率将第一步加大。

 

 

新加坡科技与设计大学研制的无人机，拥有五个机翼（左上），机翼的细节：（a）用于半室内测试的较小的44.9克机翼; （b）83.4克机翼，能够携带用于定向控制实验的Pixracer，GPS和磁力计。

 

Samara多翼无人机本质上是一个自旋转的机翼，虽然本身的机翼没有转向功能，但另一个版本的增加了一个可随时移动的驱动机翼，这样的话，在降落过程中就可以以瞄准地面上特定的位点。

 

 

先合作减速，再分开精准落地

 

Samara多翼协作无人机的设计可以看作是空中的减速器。

 

你可以把它想象成一个降落伞：它可以让你从飞机上抛出的任何东西都能保持完好无损，而不是最终硬着陆砸到地面上。

 

为了达到这个目的，论文描述了一种解决方案，将五个滑翔机翼在投送下来的阶段固定在一起，看起来有点像直升机旋翼，在初始下降阶段五个机翼协同自转，彼此连接以形成轮毂，这种组合形式实现了更高的旋转能量，并且可以实现协作控制策略，以保持前期降落的速度不会太快。

 

一旦多翼协作无人机到约定的高度，五架Samara滑翔机就可以同时分开，独自完成自己的任务，就像天女散花一样！

 

其中每个机翼形成一个襟翼，并且使用一个小的控制机构周期性地改变其滑翔的俯仰角。由于所有的襟翼都可以在协同模式下同时启动，因此具有更好的机动性，从而获得更高的阻力。因此垂直和水平的速度可以控制到一定程度，使它能够导航到目标位置和软着陆。

 

Samara多翼协作无人机本身可以携带小型的有效载荷，如传感器或紧急医疗用品，刚才的视频中的这些小型版本的还能够携带额外30克的有效载荷。虽然它们可能没有传统固定翼滑翔机那么大的容量，但它们有垂直下降的优势，并且由于它们拥有转向功能，因此比降落伞更实用。

 

研究人员计划改进他们的小型无人机的设计，目标是进一步提高旋转速度并改善单无人机版本和多翼协作版本的控制性能。