仿生無人機(jī)的飛行方式高度擬合真實(shí)的鳥類

《急先鋒》電影里,，仿生無人機(jī)搭載著高精度偵察設(shè)備,，將戰(zhàn)斗態(tài)勢實(shí)時(shí)傳回指揮中心進(jìn)行分析，并將結(jié)果傳輸?shù)疥?duì)員隨身攜帶的終端,，這種“千里眼,，順風(fēng)耳”在作戰(zhàn)行動(dòng)中發(fā)揮了巨大作用，讓反派吃盡苦頭,，也讓觀眾們不禁浮想聯(lián)翩,，如果這種仿生無人機(jī)在戰(zhàn)爭中得以運(yùn)用，將會(huì)釋放更大潛能,、產(chǎn)生更多新戰(zhàn)法,，甚至顛覆未來戰(zhàn)爭。事實(shí)上,，仿生技術(shù)早已不止一次在人類軍事科技競爭中大放異彩,，只是隨著科技不斷發(fā)展，人們逐漸淡忘了那些大自然生物饋贈(zèng)給我們的靈感,。如今前沿軍事科技進(jìn)入瓶頸期,，人類幾次科技革命創(chuàng)新的“家底”逐漸匱乏,，或許又到了人類“問道”大自然的時(shí)候。

電影《急先鋒》中的仿生無人

“無”中生有——從神話走向現(xiàn)實(shí)

模擬自然界飛鳥的撲翼飛行其實(shí)是人類祖先最古老的飛行之夢,，中國古代就有墨子“為木鳶,，三年而成”，“公輸子（魯班）削竹木以為鵲,，成而飛之,，三日不下”的記載，后來,，意大利天才藝術(shù)家達(dá)·芬奇設(shè)計(jì)了燕子撲翼式飛行器,。但是，由于受當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平限制,，這些古老的撲翼飛行之夢都遇到了難以逾越的鴻溝壁壘,，人們不得不把目光轉(zhuǎn)向了固定翼飛行器和旋轉(zhuǎn)翼飛行器。

魯班所造木

飛行之夢,，永不止息,。1903年，萊特兄弟駕駛著世界上第一架飛機(jī)“飛行者一號(hào)”擁抱天空,，寫下了飛機(jī)歷史的扉頁,。而無人機(jī)的歷史，幾乎和有人機(jī)的歷史一樣長,，但受制于早期自動(dòng)控制技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)的不足,，在漫長的歲月中，無人機(jī)都扮演了靶機(jī)的角色,。

1960年代,，無人機(jī)首次在戰(zhàn)爭中大規(guī)模運(yùn)用，因當(dāng)時(shí)技術(shù)條件限制,，無人機(jī)在彼時(shí)扮演的角色非常邊緣化,。直到1990年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛運(yùn)用,，無人機(jī)逐漸成為空中戰(zhàn)場的霸主,。

達(dá)·芬奇飛行器繪圖手稿

無人機(jī)的出現(xiàn)，聚焦了全世界的目光,。不少國家著力研究“反無人機(jī)”技術(shù),，以專門應(yīng)對(duì)無人機(jī)的攻擊。比如在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,，不少國家針對(duì)傳統(tǒng)無人機(jī)比較明顯的外形特征,，豐富完善反偵察手段。傳統(tǒng)無人機(jī)在外形特征上的缺陷,，已經(jīng)無法滿足指揮員對(duì)可靠情報(bào)的需求,。于是,，人們?cè)俅问捌鹉嵌未┰綍r(shí)空、回歸自然的夢想,，世界上主要國家又掀起了對(duì)仿生無人機(jī)的研究熱潮,。

早期滑翔機(jī)

起初，人們對(duì)仿生的認(rèn)知只停留在視覺,、聽覺等較淺的層次，仿生設(shè)計(jì)也是以外形和表征為主,，形成了具有原始特色的外形模仿方式,。隨著新技術(shù)不斷升級(jí)發(fā)展，人類認(rèn)知突破了感官的邊界,，把目光投向生物的行為方式和生存方式,，繼而開辟了仿生領(lǐng)域的新境界。

俄羅斯“雪鸮”無人機(jī)

“無”奇不有——從機(jī)器走向生命

俄羅斯研制的“雪鸮”無人偵察機(jī)可搭載高精度偵察設(shè)備,，用于精確定位目標(biāo),。在確定目標(biāo)坐標(biāo)后，無人機(jī)將使用自身裝備的激光照射器瞄準(zhǔn)摧毀敵方飛機(jī),、火炮等目標(biāo),。該型無人機(jī)質(zhì)量約5kg，可由單兵攜帶,，續(xù)航時(shí)間40分鐘,。其外觀和尺寸依照貓頭鷹設(shè)計(jì)制造，涂裝也力求還原,，機(jī)身布滿灰色斑點(diǎn),，欺騙性十足，還采用了復(fù)合材料,，使其很難被敵方雷達(dá)捕捉,。

德國費(fèi)斯托公司研制的“智能鳥”無人機(jī)

為了提高“雪鸮”的迷惑性，科研人員還對(duì)無人機(jī)的面盤進(jìn)行了1∶1高度還原,。但是,，無論“雪鸮”的外觀如何逼真，它采取的飛行方式還是傳統(tǒng)的固定翼滑翔,，并沒有成功實(shí)現(xiàn)貓頭鷹的撲翼動(dòng)作,，“騙”得了一時(shí)，時(shí)間一長就會(huì)很容易被識(shí)破,。

神奇的“仿生蝴蝶”無人機(jī)

真正的仿生無人機(jī)高手當(dāng)屬德國的費(fèi)斯托公司,，其研發(fā)的“智能鳥”無人機(jī)，巧妙地讓無人機(jī)長出了“翅膀”,，可以完美模擬鳥類的飛行狀態(tài),，依靠翅膀提供飛行動(dòng)力,。它的翅膀不僅可以上下拍動(dòng)，還能按照一定角度進(jìn)行扭轉(zhuǎn),，甚至能模擬鳥類頭部實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn),，就連起飛與降落的姿態(tài)都模仿得惟妙惟肖。

“仿生蝴蝶”無人機(jī)的翅膀表面

如果說“智能鳥”很科幻,，那么該公司另一款明星無人機(jī)將會(huì)把你帶入魔幻的世界,。“仿生蝴蝶”eMotion無人機(jī)是一款氣動(dòng)仿生無人機(jī),，第一眼看到它,，簡直像是一件精美的藝術(shù)品！費(fèi)斯托以大自然為靈感設(shè)計(jì)各種仿生動(dòng)物機(jī)器人并且非常逼真,，每一個(gè)翅膀都能獨(dú)立操作,。該無人機(jī)擁有蝴蝶一樣輕盈的外形，并且能夠展現(xiàn)成群結(jié)隊(duì)的蝴蝶一起飛舞的效果,。該無人機(jī)翼展50cm,，質(zhì)量僅為32g，雙翼各配備微型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),，其翅膀每秒擺動(dòng)1～2次,。一次充電15分鐘可飛行3～4分鐘，速度可達(dá)2.5m/s,?！胺律睙o人機(jī)之間的通信網(wǎng)絡(luò)，不僅可用于工廠生產(chǎn)的后勤組織和監(jiān)控系統(tǒng),，也可用于組成無人機(jī)集群執(zhí)行任務(wù),。

“仿生蜻蜓”無人機(jī)

很多國家開始把目光更多地聚焦在微型仿生無人機(jī)上，特別是仿昆蟲無人機(jī),。相對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的飛鳥,，昆蟲的翅膀沒有復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，一般只有翅脈,，但它卻將飛行所需的動(dòng)力,、升力和控制系統(tǒng)集于一體，能夠調(diào)節(jié)振幅,、振頻和振角以應(yīng)對(duì)氣流變化,，靈活避開突然出現(xiàn)的障礙物，這在軍事上有很大的應(yīng)用潛力,！

DelFly Nimble四翼撲翼無人機(jī)

費(fèi)斯托“仿生蜻蜓”BionicOpter無人機(jī)與真正的蜻蜓一樣,，能夠向任意方向飛行。它的四翼采用碳纖維制成，每秒可以拍打20次,。精密的機(jī)械結(jié)構(gòu),，仿佛把你帶回到工程學(xué)設(shè)計(jì)的課堂，這款“仿生蜻蜓”無人機(jī)不但可以實(shí)現(xiàn)減速和急轉(zhuǎn)彎,，還能做到懸停和倒退,，甚至能夠模擬直升機(jī)！

美軍裝備的“納米蜂鳥”無人機(jī)

而由荷蘭代爾夫特理工大學(xué)機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)打造出的一款模仿果蠅飛行機(jī)制的DelFlyNimble四翼撲翼無人機(jī),，不僅成功擁有了像果蠅一樣超靈活的飛行機(jī)制,，而且單次充電最大飛行距離長達(dá)1km，速度可以達(dá)到7m/s,。它還可以懸停在半空或執(zhí)行各種極端動(dòng)作,，如俯沖和空中打滾。

我國研制的“信鴿”無人機(jī)

作為最早將無人機(jī)應(yīng)用到軍事領(lǐng)域的國家之一,，美國在仿生無人機(jī)領(lǐng)域也是碩果累累,。2009年,，由美國航空環(huán)境公司研發(fā)的一種名為“納米蜂鳥”的撲翼式無人機(jī)進(jìn)入大眾的視野,。該超微型無人機(jī)有蜂鳥一樣大小的翅膀，可在空中飛行和滑翔,。這種新型超微型無人機(jī)投資210萬美元,，是第一種帶兩個(gè)翅膀的飛行器，利用翅膀進(jìn)行移動(dòng)和控制飛行,。其質(zhì)量為10g,，全長不超過7.5cm，飛行速度可達(dá)到10m/s,，空中飛行噪聲也比同類飛行器小,。美國特種部隊(duì)購置了一批該類無人機(jī)用于特種作戰(zhàn)，以協(xié)助特種部隊(duì)進(jìn)入有危險(xiǎn)的室內(nèi)環(huán)境清剿殘敵,，或?yàn)榫褤絷?duì)員偵察障礙物背后的情況,。目前美國的撲翼型無人機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小型化，可以制造出仿蜻蜓,、蒼蠅等微型無人機(jī),。

仿生無人機(jī)運(yùn)動(dòng)方式及外觀與海鷗高度相似

值得一提的是，中國在仿生無人機(jī)領(lǐng)域也處于世界先進(jìn)水平,，由西北工業(yè)大學(xué)專家領(lǐng)銜設(shè)計(jì)的代號(hào)“信鴿”的仿生撲翼型無人機(jī)可以混在鳥群中騙過雷達(dá)系統(tǒng)的偵測,，真正成為肉眼和雷達(dá)都無法識(shí)別的中國“間諜鳥”。

仿生昆蟲無人機(jī)

“無”往不勝——從實(shí)驗(yàn)室走向戰(zhàn)場

仿生武器是一種把偽裝發(fā)展到極致的戰(zhàn)爭產(chǎn)物,，仿生無人機(jī)也不例外,。當(dāng)人們運(yùn)用一定手段將具有迷惑性的羽毛或涂料與仿生技術(shù)完美融合，達(dá)到肉眼或者偵測難辨真假的程度，就會(huì)讓仿生武器煥發(fā)新活力,。

近年來,，隨著戰(zhàn)場環(huán)境的迅速變化，智能算法的廣泛運(yùn)用,，偵察情報(bào)處理的速度得到質(zhì)的飛躍,。傳統(tǒng)的迷彩光學(xué)偽裝圖案設(shè)計(jì)已不能滿足偽裝要求，研究人員正在研究破解生物遺傳進(jìn)化的基本機(jī)理,，希望利用遺傳算法對(duì)偽裝圖案進(jìn)行優(yōu)選復(fù)制,、交叉繁殖和變異繁殖等仿生化處理，改進(jìn)傳統(tǒng)偽裝圖案設(shè)計(jì)方法,，提高偽裝效果,。

仿生無人機(jī)的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)想有一天，邊境線上飛來一群遷徙的大雁,，而這個(gè)時(shí)而排成“一”字時(shí)而排成“人”字的雁群中,，有一只是仿生大雁，它能逼真到騙過真實(shí)的大雁,，混入雁群,。這只“大雁”時(shí)而在劍拔弩張的軍事基地悠游自在肆意偵察，時(shí)而駐足停息站在枝頭曬太陽補(bǔ)充能源,。

在軍事基地附近,，正有一群蒼蠅在空中盤旋，一哄而散,。其中一只“蒼蠅”通過下水管道,、通風(fēng)口飛進(jìn)基地的辦公室，完成它該完成的使命;一只“麻雀”站在大型動(dòng)力設(shè)備的電線上,，在火線和零線之間搭了一條美妙的弧線,，“啪”的一聲，伴隨著“麻雀”羽毛燒焦,，所有電源全部損毀;領(lǐng)空受到侵犯,，戰(zhàn)機(jī)緊急起飛，跑道上卻飛來一群“白鴿”,，飛行任務(wù)只好被迫延時(shí)……

仿生無人機(jī)的撲翼運(yùn)動(dòng)方式

或許,，經(jīng)歷過這樣的戰(zhàn)爭再也沒有一個(gè)人能夠坦然面對(duì)身邊的飛鳥昆蟲了，軍事基地的營墻也會(huì)拉起高大的電網(wǎng)阻攔飛鳥,，甚至連一只蒼蠅都不能放入營門,。

當(dāng)這些電影中的畫面真實(shí)出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)中，我們將會(huì)感嘆,，戰(zhàn)爭已經(jīng)被顛覆,！據(jù)報(bào)道,，有關(guān)國家找來試驗(yàn)人員對(duì)仿生無人機(jī)進(jìn)行測試。當(dāng)這些“飛鳥”從空中對(duì)地面人員進(jìn)行監(jiān)測時(shí),，試驗(yàn)人員只會(huì)認(rèn)為從他們上方飛過的是普通鳥類,，并沒有起絲毫疑惑。

可以預(yù)見,，隨著前沿技術(shù)的不斷發(fā)展,，類似在科幻大片中才能看到的場景，將會(huì)逐步照進(jìn)現(xiàn)實(shí),。不久的將來,，各種“形神兼?zhèn)洹钡姆律鸁o人機(jī)將從實(shí)驗(yàn)室走向戰(zhàn)場，在叢林地帶,、邊境巡邏,、高原偵察、城市巷戰(zhàn),、特戰(zhàn)等場景中發(fā)揮重要作用,。

通過網(wǎng)絡(luò)控制仿生無人機(jī)的運(yùn)動(dòng)路徑

“無”限可能——從時(shí)代走向未來

仿生無人機(jī)無疑是當(dāng)今無人機(jī)研究領(lǐng)域的一片“藍(lán)海”,。脫去偽裝的外殼,，它是凝結(jié)了人工智能技術(shù)、深度學(xué)習(xí)技術(shù),、新材料技術(shù),、新能源技術(shù)的科技結(jié)晶,。通過賦予其類似于動(dòng)物的外形樣貌甚至聲音等特征,，來減弱其機(jī)器人的本質(zhì)屬性，從而執(zhí)行各類特殊任務(wù),。仿生無人機(jī)因其體形小,、隱藏性好、靈活機(jī)動(dòng),，能夠較好適應(yīng)復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境,，可出色執(zhí)行偵察、干擾和攻擊等作戰(zhàn)任務(wù),，軍事應(yīng)用價(jià)值極大,。

酷似鳥類或者昆蟲的外形，給仿生無人機(jī)執(zhí)行偵察任務(wù)帶來了巨大的優(yōu)勢,。由于體積小,，且多采用復(fù)合材料，因此仿生無人機(jī)很難被雷達(dá)捕捉,，即使被探測到也會(huì)被其“生氣勃勃”的外表所迷惑而被忽略,，這樣就能夠成功抵近目標(biāo)，實(shí)施近距離偵察探測。

仿生無人機(jī)上攜帶著各種微型設(shè)備

對(duì)于撲翼型仿生無人機(jī),，主要通過微型發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)翼產(chǎn)生升力與推力,，無需額外加裝螺旋槳或者噴氣推進(jìn)裝置，這樣飛行所產(chǎn)生的聲音就能夠被最大程度地降低,。如果在夜間進(jìn)行偵察,，敵人更加難以識(shí)別與發(fā)現(xiàn)。

除此之外,，通過模仿動(dòng)物的飛行方式,，撲翼型無人機(jī)只需調(diào)整機(jī)翼適應(yīng)不同的氣流，就可在狹窄的空間里活動(dòng)自如,。因此在未來的城市戰(zhàn)場和反恐作戰(zhàn)行動(dòng)中,，該類型無人機(jī)將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用，成為戰(zhàn)場“千里眼”,。

仿生無人機(jī)依靠芯片等微型電器元件傳播信號(hào)

仿生無人機(jī)無論在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域都有極大的發(fā)展前景,，但是和其他前沿科技產(chǎn)品一樣，它們也存在很多亟待解決的問題,，比如續(xù)航能力不足,、靈敏度較差。

目前研發(fā)的仿生無人機(jī)大多采用電池供電和借助空氣升力兩種方式提供飛行動(dòng)力,。借助空氣對(duì)流獲得升力的方式對(duì)環(huán)境的要求較高,，采用鋰電池、太陽能薄膜供電等方式提供的能量有限,，因此需要進(jìn)一步研究動(dòng)力來源或提升電池的儲(chǔ)能效率,。

另外，由于仿生無人機(jī)一般體形小巧,，材質(zhì)輕盈,，在駐足啟動(dòng)、變化路線,、發(fā)射回收等環(huán)節(jié),，很容易受自然環(huán)境的影響，操作控制較為困難,。需要加強(qiáng)對(duì)飛行控制系統(tǒng)魯棒性和抗干擾性的研究,，也可以借助人工智能技術(shù)加快實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、自主避障,、智能操控等功能,。

仿生無人機(jī)尺寸微小

隨著5G時(shí)代的到來，新技術(shù)所帶來的科技潛力將會(huì)推動(dòng)仿生無人機(jī)不斷發(fā)展,。如我國大疆公司正在研究利用云技術(shù)分析無人機(jī)傳感器傳回的數(shù)據(jù),，以此來解決無人機(jī)敏感度低的問題,。

時(shí)代的浪潮滾滾向前，科技創(chuàng)新的腳步一刻未息,，在無人化,、智能化為主導(dǎo)的未來戰(zhàn)場，仿生無人機(jī)必將越來越趨于成熟,，也必將被越來越多的國家重視,。如何在關(guān)鍵領(lǐng)域解決卡脖子的難題，將會(huì)是我國在未來無人戰(zhàn)場能否取得主動(dòng)權(quán)的先決條件,。相信在不久的將來,，電影《急先鋒》中的場景將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)，而仿生無人機(jī)也會(huì)成為一柄我國維護(hù)國家主權(quán)與安全,，維護(hù)世界和平與穩(wěn)定的利劍,。

編輯/吳瀟