可上天入海的仿飛魚無人航行器面世，霍普金斯大學(xué)實驗室再獲新成果

目前，無人機(jī)的種類繁多用途廣泛，但大多數(shù)都是在天空中執(zhí)行任務(wù)。靈感源于動物的仿生無人機(jī)近幾年也層出不窮，比如像賓夕法尼亞大學(xué)的GRASP實驗室研制的蜜蜂無人機(jī)群、德國科技公司Festo推出的仿生蜻蜓無人機(jī)等。

仿生飛魚水下無人航行器可自主轉(zhuǎn)換于空中與水里

近日，據(jù)外媒報道，美國霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室研制出仿飛魚的水下無人航行器FlyingFish, 它能夠在天空和水下兩種界面進(jìn)行暢游。據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，這項發(fā)明的靈感來源于飛魚，因其可暢游水里也能躍至海面飛行的特性，這款水下無人航行器的研制受到它的啟發(fā)。

“飛魚”概念機(jī)目前只作為一項獨(dú)立研究和開發(fā)的提案，工程樣機(jī)已開發(fā)成功 。仿生飛魚航行器樣機(jī)的主體由泡沫塑料和碳纖維材料構(gòu)成，重約340克，推進(jìn)系統(tǒng)為小型電機(jī)結(jié)合前置螺旋槳，飛行速度高達(dá)每小時48千米。

仿生“飛魚”航行器的螺旋槳設(shè)計與飛魚的魚尾鰭功能相似，它可以根據(jù)航行環(huán)境的不同來調(diào)整螺旋槳的轉(zhuǎn)速。從而自主地在水下與空中兩種環(huán)境順利轉(zhuǎn)換。當(dāng)它從水里暢游準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換為空中無人機(jī)模式時，研究人員注意到，飛魚在水下加速到足以令它突破水氣界面的速度，然后躍至海面，在水氣界面轉(zhuǎn)換時仍會繼續(xù)提高動能以達(dá)到飛行的速度，從而令無人航行器像傳統(tǒng)固定翼飛機(jī)一樣運(yùn)行。 

盡管仿飛魚水下航行器原型機(jī)還未安裝環(huán)境感知相關(guān)負(fù)載，但依據(jù)其概念，這款水下無人航行器在執(zhí)行遠(yuǎn)距離水域或多個水域連續(xù)水下任務(wù)時，可升空高速飛行至目標(biāo)水域后，進(jìn)入水下收集環(huán)境數(shù)據(jù)或執(zhí)行情報監(jiān)視偵察，再出水升空傳回數(shù)據(jù)，較傳統(tǒng)無人潛航器更高效。

實驗室研發(fā)人員之一Joe Moore表示，“研發(fā)飛魚無人機(jī)最大的挑戰(zhàn)就在于利用一個單獨(dú)的電機(jī)螺旋槳組合來實現(xiàn)無人機(jī)從水域到空域的轉(zhuǎn)換，我們成功了。”

同時，另一位技術(shù)人員Will Setzler則說道，“飛魚無人機(jī)有著廣闊的前景，未來，我們期待著它能夠執(zhí)行更多新的任務(wù)。”

根據(jù)這樣的功能及屬性，仿飛魚水下航行器未來可能會搭載多種傳感器，進(jìn)行水下、水面、空中等多種領(lǐng)域的監(jiān)測和偵察。

在研制仿生飛魚水下航行器之前，美國霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室也曾經(jīng)研發(fā)過兩款無人機(jī)，具有一定的經(jīng)驗和技術(shù)積累。其中最具代表性的是：利用3D打印技術(shù)的空中無人機(jī)以及利用放射性同位素驅(qū)動的“蜻蜓”概念無人機(jī)。

3D打印空中無人機(jī)可用于高風(fēng)險任務(wù)中

在此之前，美國霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室，曾研制出一款利用3D打印技術(shù)的空中無人機(jī)。它被稱為“耐腐蝕空中隱蔽無人航海系統(tǒng)”，這款無人機(jī)能夠潛入水下長達(dá)數(shù)月而不會腐爛或者損壞。當(dāng)它一旦收到任務(wù)指令，便第一時間從水下升至水面，開始飛行和執(zhí)行多種任務(wù)。

在研發(fā)過程中，如何防止無人機(jī)在海水出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象，這是研發(fā)團(tuán)隊面臨的挑戰(zhàn)之一。為了找出解決辦法，研發(fā)團(tuán)隊在測試中先將3D打印無人機(jī)CRACUNS的敏感部件密封進(jìn)一種感壓力容器內(nèi)，然后將暴露在外表的嘛達(dá)使用保護(hù)涂料進(jìn)行防水處理。最后，研究人員將無人機(jī)在海水中浸沒了兩個月后，發(fā)現(xiàn)其毫無腐爛跡象，也依然能夠滿負(fù)荷運(yùn)行。

據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，這款3D打印無人機(jī)是由3D打印部件和防水涂料組成，其優(yōu)點(diǎn)在于制造成本較低且工序方便，因此便于大規(guī)模生產(chǎn)。并可以在高風(fēng)險的任務(wù)中作為一次性的使用工具。除了軍事用途之外，它也可應(yīng)用于非軍事用途，比如可幫助研究機(jī)構(gòu)監(jiān)控海洋等。

這臺3D打印無人機(jī)尚處于原型階段，根據(jù)資料顯示，它目前只能從水下發(fā)射到空中，其他功能仍在進(jìn)一步完善，研究人員的下一個目標(biāo)是令它能夠在完成空中任務(wù)之后繼續(xù)返回水下執(zhí)行任務(wù)。

專為探索土星而打造的雙四旋翼無人機(jī)“蜻蜓”

霍普金斯大學(xué)的應(yīng)用物理實驗室研究小組一直在專注對土星月球Enceladus和Titan的研究。其中，Titan低重力、濃厚但無風(fēng)的大氣環(huán)境使得它成為了展開飛行探索性任務(wù)的完美對象。

雙四旋翼無人機(jī)“蜻蜓”項目的首席研究員Elizabeth Turtle指出，這種實驗是他們在實驗室無法進(jìn)行的，因為涉及到時間尺度問題，而Titan富含有有機(jī)分子和液態(tài)水的表面卻能維持一段很長的時間尺度。此項目就是為了研究Titan生命前化學(xué)而設(shè)計的。

由于Titan的云層過于厚重，所以上面能夠吸收的太陽能效率比較低，為此，研究人員改用了多任務(wù)放射性同位素?zé)犭姍C(jī)(MMRTG)為飛行器提供能源。據(jù)了解，MMRTG能讓這架雙四旋翼無人機(jī)在白天持續(xù)飛行一個小時，它將在夜晚期間進(jìn)行充電。

蜻蜓無人機(jī)的空氣流動可以讓它增加收集樣本和測量的種類。在時長1個小時的飛行中，飛行器大概能飛10到20公里。這意味著蜻蜓在為期兩年的任務(wù)中能夠探測到非常廣泛的范圍。

而NASA現(xiàn)階段正在對這些項目進(jìn)行評估然后選出將能繼在新前線項目繼續(xù)下去的項目。雷鋒網(wǎng)獲悉，這個機(jī)構(gòu)計劃在今年年底宣布一個或多個將可能會繼續(xù)獲得投資的項目，最終決定將在2019年年中公布，2025年則將正式執(zhí)行。

近年來，霍普金斯大學(xué)在無人機(jī)的研制方面針對不同的研究目的展開了不同方向的探索，并取得了一定成果。雖然目前“蜻蜓”無人機(jī)和3D打印無人機(jī)尚處于繼續(xù)完善的階段，離落地尚存一段距離，但這也彰顯了人類在無人機(jī)科研領(lǐng)域中又跨出了新的一步。

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