玩过无人机的人都会告诉你:或迟或早,你的无人机肯定会撞烂。飞行动物可没有这样的问题,鸟和昆虫如果偶然撞上某些东西,它们会巧妙避开,继续前进。瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员根据生物的特点,设计出一款弹性四旋翼飞行器,它不容易撞坏。
设计防撞无人机有三种方法:
第一种,保护螺旋桨,用无人机框架或者螺旋桨防护层保护它。大多商用无人机有类似的装置,有了这种等级的保护,无人机不太可能撞伤人,不过由于螺旋桨保护装置很坚硬,所以撞机时无人机本身很容易损坏。
第二种,冲撞时让无人机可以缓冲,不至于损坏组件,采用这种方法保护力度更大一些。怎样设计呢?有一种办法就是安装柔性、可伸缩连接器,让无人机的框架分散。这样一来无人机的确具备更强的防撞能力,但是在飞行时也是“柔软”的,会在结构、稳定性上存在许多的问题。
第三种方法最高级,我们用柔性、可以旋转的笼子笼罩无人机。在某些应用中,罩一个笼子很好,但是笼子会导致无人机尺寸增大,最大增加60%,撞上东西的机率也会提高。笼子还会增加重量,导致无人机的续航时间、飞行距离缩短。
瑞士洛桑联邦理工学院的构想将上述三种方法综合在一起,他们开发了一架无人机,当无人机即将与其它东西相撞时,框架会从坚硬变得柔韧。
设计的灵感来自于昆虫翅膀。飞行时昆虫翅膀必须保持坚硬,吸收冲击时却是柔韧的,正因如此,当昆虫与其它东西相撞时翅膀会褶皱,这种褶皱是可逆的。
例如,黄蜂的翅膀相当坚硬,但是它可以变化,从坚硬变成柔韧,这样一来翅膀既具有机械弹性,又不会牺牲飞行性能。黄蜂的翅膀有一个节肢蛋白(Resilin)关节。飞行时翅膀的尖端保持弹性,碰撞时就会褶皱。如果无法恢复,翅膀就会受伤。黄蜂的翅膀可以有效抵挡碰撞,不会超过负荷,又不会牺牲飞行性能。
研究人员为无人机安装柔性框架,用磁铁包裹无人机。当冲撞发生时框架与磁铁分离,缓冲碰撞。冲力消失之后,橡皮让框架恢复到原状态,将磁铁装上去就可以继续使用了。
实验显示,这种框架可以抵挡50次冲撞不受损害。研究人还表示,各种机器人都可以使用类似的设计,不限于无人机。
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