上周的一次会议上，一群工程师展示了一款能够飞越空中并在水下运行的全新无人机。虽然它只是一个原型，但研究人员为了创造一款能够工作的空中-水下四旋翼无人机，必须解决一些有趣的问题。
来自中国大陆和香港七所大学和实验室的一大群研究人员为他们称之为“TJ-FlyingFish”的项目做出了贡献。在该论文中，他们描述了如何开发这款重达3.6磅的四旋翼无人机。这篇论文是在伦敦举行的2023年电机电子工程师学会（IEEE）国际机器人与自动化会议（ICRA）上发表的。
根据研究论文，过去曾有过多旋翼的空中-水下混合原型，但它们大多依赖“标准的防水航空硬件构造”。换句话说，与其创造一种真正能够翱翔蓝天并在水下运行的无人机，大多数研究人员设计的只是具有一定防水功能的航空无人机，以便机器在落水时不会停止工作。
问题在于，虽然水和空气在技术上都是流体介质，但它们的性质却大相径庭。不同的粘度和密度会影响推进系统的运行方式以及无人机的整体设计。要在空中运行，无人机需要能够克服重力。要在水下有效运行，无人机需要具有中性浮力，并且能够产生足够的推力来克服水的阻力。
因此，在两种介质中实现有效的推力是不同的。推进力取决于螺旋桨移动的质量。为了飞行，无人机需要高速螺旋桨尽快搅动大量轻质空气。然而，为了在密度更大的水中移动，无人机需要低速高扭矩的螺旋桨。工程师们没有使用两套螺旋桨，而是设计了一个创新的系统，使用一个电机和两个独立的变速箱：一个用于空中飞行，另一个用于水下运动。这样做的好处是可以降低重量，但同时也使系统本质上变得复杂。
当无人机起飞时，它的工作方式与普通四旋翼无人机一样。螺旋桨向下推空气，提供足够的升力使其飞行，并且它们可以独立倾斜和旋转，以便它能够进行机动和悬停。它有足够的电池电量可以悬停六分钟。但有趣的事情发生在它落入水中时。
无人机的浮力略微负，因此当它接触到水时，它会开始缓慢下沉。然后，它在水下移动的一种方式是整个无人机旋转，使螺旋桨在水中向侧面拉动它。或者，无人机的机身可以保持直立，通过以不同的方式倾斜螺旋桨来进行机动。这两个由倾斜螺旋桨和双变速箱实现系统使它能够在水下有效运行，并像在空中一样在三维空间中进行机动，这是仅配备传统航空螺旋桨的防水无人机无法做到的。
研究人员付出了大量的努力来提高无人机在水下的效率，而不是仅仅设计一款防水的四旋翼无人机。因此，该原型在水下的性能令人惊讶地好。它可以浸泡约40分钟，最大潜水深度略低于10英尺。它的设计宗旨是轻量化，因此在防水性方面有所牺牲。未来的原型可能会潜得更深。
最令人印象深刻的是，该无人机还可以从水中起飞。通过升到水面并旋转其螺旋桨，它产生的升力足以使其重返天空。
尽管它只是一个原型，但很难不想象这种无人机的用途。研究人员建议进行遥感作业和灾难救援，但它也可以用于进行民用和军事勘测，捕捉令人难以置信的视频素材，并激发科幻作家的灵感。它还可能促成防水无人机的出现，这可以为一些人节省大量金钱。
看看这款酷炫的空中-水下无人机在行动中的表现，如下所示。
