仿生狐蝠

装有智能运动装置的超轻飞行器

为了开发仿生狐蝠,我们仿生学习网络的开发人员近距离观察了狐蝠,并在技术上实现了它的特殊飞行特性。利用集成的机载电子设备与外部运动跟踪系统的相互作用,这种超轻飞行器能够在限定的空域内半自主地飞行。

狐蝠属于翼手目,是唯一可以主动飞行的哺乳动物。狐蝠的一个典型特征是它纤细而富有弹性且从伸出的中手骨和指骨一直延伸到脚踝的翼膜(飞行膜)。飞行时,狐蝠利用手指控制翼膜的弯曲度,从而能够以符合空气动力学的方式在空中机动飞行。这样,即使是在慢速机动飞行时,狐蝠也能获得最大升力。

基于自然界原型的敏捷运动装置

仿生狐蝠的翼展为 228 厘米,身长为 87 厘米,重量仅为 580 克。像自然界的狐蝠一样,仿生狐蝠的机翼运动装置也分为手臂和掌部,并覆盖有一层从机翼延伸到足部的弹性膜。因此,人造狐蝠的机翼面积相对较大,能实现较低的翅膀负载。与其生物学原型一样,仿生狐蝠的所有关节点也都处于同一平面,因此,它可以单独控制和折叠机翼。

特别开发的翼膜

该模型的翼膜薄如晶片,超轻且结实。它由通过约 45,000 个点连接在一起的两层气密薄膜和一层弹性织物组成。由于翼膜具有弹性,即使在机翼收起时,它也几乎没有褶皱。针织物的蜂窝结构防止了翼膜上的小裂纹变大。这样,即使织物轻微受损,仿生狐蝠也能够继续飞行。

在限定的空间内半自主地飞行

仿生狐蝠与一个所谓的运动跟踪系统进行通信,这样它就可以在限定的空域内半自主地飞行。运动跟踪系统持续检测它的位置。同时,该系统还规划飞行轨迹并提供必要的控制命令。它的起飞和着陆由操作员手动操控。飞行过程则由自动驾驶仪负责控制。

利用可移动式摄像系统进行精确定位

安装在云台上的两台红外摄像机是运动跟踪系统的重要组成部分。摄像机可以随意转动和倾斜,以便能从地面追踪仿生狐蝠的整个飞行过程。摄像机借助贴附在腿部和翅膀末端的四个主动红外标记来识别仿生狐蝠。

对理想飞行轨迹进行机器学习

摄像机捕捉的图像被发送到中央主机。中央主机评估数据,并像外部空中交通管制员一样协调飞行。为此,仿生狐蝠在主机上存有预先编程的路径,这样就可以在飞行过程中确定飞行路径。仿生狐蝠利用其机载电子设备和复杂的行为模式来计算必要的翅膀运动,以便最佳地按照期望的轨迹飞行。

仿生狐蝠从主机处获得必要的控制算法,主机对这些算法进行机器学习并不断改进。 这样,仿生狐蝠就能够在飞行过程中优化其行为,从而更精确地沿着指定的轨迹一圈一圈地飞行。此外,通过腿部的运动与由此调节的翅膀面积对飞行进行操控。