受种子启发,这款旋转无人机将让你头晕目眩

小巧的可折叠单旋翼无人机有一天可能用于侦察任务。
机翼末端的螺旋桨将其向前拉动,导致设备旋转并飞行。Shane Kyi Hla Win 等人 2021 Bioinspir. Biomim. 16 066019

飞行中,无人机看起来像一个巨大的种子荚,在风中飘浮,并通过旋翼发出嗡嗡声。

这款新型种子启发式单翼无人机由新加坡科技设计大学的一个团队创造,名为 F-SAM。它是一种单旋翼无人机,或者说是一种只有一个旋转叶片的直升机。工程师们于 1913 年首次开发了单旋翼无人机,并于 1915 年进行了测试,但试图用整个旋转翼制造载人飞机时出现了一个问题:人类飞行员很容易头晕。

像 F-SAM 这样的无人机单旋翼无人机一直更为常见,尤其是在 21 世纪的设计迎来了一次爆发。单旋翼无人机通过其旋转时的翼体产生升力,用一个连接的螺旋桨向前拉动,取代了四旋翼无人机的许多活动部件,取而代之的是一个优雅的单翼。

单旋翼无人机的设计灵感来自枫��种子,枫��种子从树上落下时会旋转并漂浮在空中,直到被带到远处的肥沃土壤中。F-SAM 的独特之处不仅在于与其他无人机,甚至与其他无人机单旋翼无人机不同,在于它的机翼是可折叠的,这使得整个无人机在不飞行时小巧且易于存放。

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“单旋翼无人机平台的一个优势在于其固有的自动旋转能力,这与枫��种子的飞行模式相同,”论文的作者写道。“因此,单旋翼无人机得益于这种在断电时能够优雅地自动下降的能力,具备了天然的故障保护功能。”

由于 F-SAM 产生推力的方式和时间发生了变化,该无人机可以被操控,使其能够导航复杂挑战,例如在窗户内外进行环形飞行。研究人员演示了该无人机至少 15 分钟的飞行时间。

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在他们的论文中,研究人员明确将 F-SAM 与为军事用途开发的两种小型无人机进行了比较。一种是掌心大小的“黑寡妇”,来自 2000 年中期 DARPA 的一项旨在演示固定翼侦察无人机的项目,该无人机在远距离很有用,但在室内精确机动方面却举步维艰。另一处比较的是“黑黄蜂”,这是一种麻雀大小的直升机,可以在狭小空间内导航,但由许多小型活动部件组成。

2009 年,洛克希德·马丁公司开发了一款名为 SAMARAI 的单旋翼无人机,这是一个 DARPA 资助的项目,最初设计用于运送小型侦察兵。SAMARAI 在后续测试中丢失了摄像头并变得更大,证明了无人机可以工作,但缺乏明确的用途

凭借其简单的机身和高机动性,F-SAM 提供了一种士兵有一天可以从口袋里掏出并用于探索建筑物内部的无人机。这比“黑黄蜂”甚至小型四旋翼无人机更具挑战性,因为安装在 F-SAM 上的任何摄像头也会旋转。对于视频来说,这会让观看传输的人感到头晕,就好像他们自己在旋转一样,或者需要无人机上复杂的稳定机制。其他传感器,如旋转的激光雷达,将是天然的匹配,允许 F-SAM 绘制房间内部的地图,即使它无法以传统意义上看到它。

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Shane Kyi Hla Win 告诉 IEEE Spectrum:“[F-SAM] 可以成为一次性 GPS 制导侦察任务的有力竞争者。由于它只使用一个执行器进行飞行,因此成本相对较低。它在飞行过程中也非常安静,着陆后易于伪装。可以为该平台集成各种轻型传感器,用于不同类型的任务,例如气候监测。”

利用无人机机身的自然空气动力学以及其平稳着陆的能力,意味着可以使用几架 F-SAM 无人机在军事推进之前预先部署传感器。通过低功耗应用,也许是拾取音频的麦克风,甚至是监听坦克隆隆声的微地震仪,分散的无人机可以成为一种快速部署且易于隐藏的传感器系统,提供敌方行动的即时早期预警。

F-SAM 小巧到可以放入口袋,并通过手或地面发射,这种形式为军队如何为部队增加侦察能力开辟了新的选择。如果派遣 F-SAM 进行前方侦察就像投掷手榴弹一样轻松,那么侦察无人机就可以从专门的设备转变为标准化的、几乎是一次性使用的装备。

在下方观看其飞行

 

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Kelsey D. Atherton

科技领域特约撰稿人

Kelsey D. Atherton 是一名军事技术记者,自 2013 年起为《大众科学》供稿。他报道无人机器人和其他无人机、通信系统、核企业以及用于规划、发动和缓解战争的技术。


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