BionicFlyingFox—仿生狐蝠


運用智能運動學的超輕型飛行物

為了研發BionicFlyingFox,我們仿生學習網絡的開發人員仔細研究了狐蝠這種生物,並以技術手段模擬了它獨特的飛行模式。通過集成機載電子板與一個外置運動追蹤系統的相互配合,超輕型飛行物能夠在特定空間內進行半自主飛行。


BionicFlyingFox—仿生狐蝠

BionicFlyingFox—仿生狐蝠


狐蝠(英文:flying fox)是蝙蝠的一種。蝙蝠是唯一可以主動飛行的哺乳動物。狐蝠的一個典型特徵是它精細且富有彈性的翼膜,從延長的前掌骨與指骨一直延伸至腳關節。在飛行時,狐蝠能用手指有針對性地控制翼膜的曲率,從而能夠以符合空氣動力學的方式在空中靈活飛行。這樣一來,即使在慢速飛行時,它們也能獲得最大升力。

模擬自然樣本的靈活運動學

人造狐蝠兩翼展開寬度為228釐米,體長為87釐米,整體僅重580克。就如自然界的狐蝠一樣,人造狐蝠的翼動力學也由手肘兩個關節組成,上面繃了一層有彈性的翼膜,翼膜從兩翼一直延伸至後肢。如此一來,人造狐蝠兩翼的面積相對較大,並能實現極小的翼負載。與自然界的狐蝠一樣,BionicFlyingFox的所有關節點也都處於同一平面,以便它可以單獨控制機翼以及摺疊雙翼。

BionicFlyingFox—仿生狐蝠

BionicFlyingFox—仿生狐蝠


專門研製的翼膜

該仿生模型的翼膜極薄、超輕、但卻十分強韌。它由兩片氣密薄膜和一塊氨綸織物組成,它們通過約45000個焊接點緊密地焊接在一起。由於翼膜具有足夠的彈性,即使在收起雙翼時,它們也幾乎沒有褶皺。織物的蜂窩結構防止翼膜上的小裂紋進一步擴大。因此,即使翼膜出現輕微損傷,BionicFlyingFox自己仍能繼續飛行。

在特定空間內進行半自主飛行

為了能使BionicFlyingFox在特定空間內進行半自主飛行,它需要與所謂的運動追蹤系統通訊。運動追蹤系統能夠持續檢測它的位置。同時系統還能規劃飛行軌跡,並提供必要的控制指令。人可以手動控制飛行物的起飛與降落。在飛行中,自動駕駛儀掌管飛行任務。

BionicFlyingFox—仿生狐蝠

BionicFlyingFox—仿生狐蝠


可移動式照相系統進行精確定位

運動追蹤系統的重要組成部分是兩臺紅外相機,它們被安裝在一個可搖擺可傾斜的雲臺上。如此,相機便可以隨意轉動或傾斜,以便能從地面開始追蹤BionicFlyingFox的整個飛行過程。藉助附著於兩翼與兩條後肢的四個特殊紅外標記,相機能夠識別人造狐蝠的運動。


BionicFlyingFox—仿生狐蝠

BionicFlyingFox—仿生狐蝠

對理想飛行軌跡進行機器學習

相機捕捉的圖像傳送至中央主機。中央主機評估數據,並像外部領航員一樣協調飛行。為此,中央主機上具有預編制的飛行路徑,能夠預先確定BionicFlyingFox飛行時的軌跡。為了能以最佳方式按照規定路徑飛行,人造狐蝠可藉助它的機載電子板與複雜的行為模式自行計算必要的機翼運動。

人造狐蝠從中央主機處獲得必要的控制算法,主機能對算法進行機器學習,算法也能被不斷改進。通過這種方式,BionicFlyingFox可在飛行中優化飛行行為,更精準地沿著既定軌道繼續繞圈飛行。此外,通過後肢的運動與由此調節的機翼表面能夠對飛行進行操控。


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