24、小型无人空水两栖机器人的发展与展望

小型无人空水两栖机器人的发展与展望

1. 小型无人空水两栖机器人概述

小型无人空水两栖机器人是一个新兴的研究领域，旨在将飞行和水下作业的优势融合到一个轻量级的自主平台中。不同类型的机器人都可作为解决这一挑战的方案。

水和空气的密度差异巨大，这使得机器人在水空界面的过渡成为推进、设计、自主控制等领域令人兴奋的研究课题。水空过渡是无人系统混合化最具挑战性的步骤，目前有三种过渡方法：
- 脉冲式过渡 ：利用额外的动力源迅速达到飞行高度和速度。额外动力源可以是预加载的，如AquaMAV上的压缩二氧化碳气体；也可以是机载生成的，如Aquatic Jump - glider。
- 渐进式过渡 ：将机器人加速到足以完全升空的速度。可以通过在水面滑行、借助辅助水翼，或者像跳跃的鱼和飞行的鱿鱼那样利用流线型几何形状在水下实现高速。
- 垂直起降（VTOL） ：通过瞬间增加螺旋桨推力，使机器人从水下悬停状态过渡到空中悬停状态。

空气到水的过渡可类似地分为渐进水平式（在水面着陆并减速）、渐进垂直式（以极低速度在水面着陆，然后沉入水中）和脉冲式（高速潜入水中，如俯冲式潜水动作）。

以下是不同原型机器人的运行范围和过渡能力总结：
| 演示器 | 空中模式 | 水下模式 | 过渡方式 |
| — | — | — | — |
| AquaMAV | 有翼飞行 | 3米被动潜水 | 脉冲式，单次 |
| AquaMAV w/gear | 有翼飞行 | 有翼 | 脉冲式，单次 |
| Aquatic j