人造羽毛让仿生飞燕在空中成群飞舞

2020-07-03 16:02

借助带超宽带技术（UWB）的室内无线GPS，一群BionicSwift可在定义的空域内以协调的方式安全飞行。为了能尽量真实地复现这些飞行机动能力，机器鸟的翅膀以鸟类的羽翼为模型。这些人造鸟的灵活性不仅源自于其轻量化的设计和空气动力学的运动机构，也来自于功能集成的赋能。

Festo 仿生学习网络从自然飞行模式中汲取灵感的传统由来已久。BionicSwift（仿生飞燕）的诞生标志着Festo在开发仿生飞行器领域中翻开了新篇章。与在生物模型中一样，轻量化结构的使用是机器鸟的核心。因为在工程领域以及自然界，移动的重量越少，所需材料就越少，耗能也就越低。这就是为什么BionicSwift （仿生飞燕）在身体长度达到 44．5 厘米而翼展达到 68 厘米的情况下，重量只有42 克。轻盈的身姿让机器鸟的飞行非常灵活、灵巧，能绕圈飞行和急转弯。通过与室内无线导航系统的交互，机器鸟能在定义的空域内以协调的方式自主控制飞行。

符合空气动力学的羽毛

为了能尽可能贴近自然鸟类的飞行，BionicSwifts （仿生飞燕）的翅膀基于鸟类的羽翼。羽片采用了超轻量化、高弹性、高强度的发泡材料，一片叠着一片。连接着一根碳纤维翎羽管，翎羽管与鸟类一样与实际的手翼和臂翼连接在一起。在机器鸟翅膀处于向上行程时，每片羽毛会向外张开，让气流穿过翅膀。这意味着，机器鸟在向上振翅的时候所需功耗变少了。在翅膀向下的行程时，羽片向内收紧，增加机器鸟的飞行力。这种贴近鸟类翅膀的复刻让 BionicSwift （仿生飞燕）与之前的扑翼飞行器相比有着更好的飞行运动曲线。

图片来源： Festo SE ＆ Co． KG

在最为紧凑的空间内实现功能集成

机器鸟的灵巧不仅来自于轻量化的结构和符合空气动力学的运动机构，也来自于功能集成的赋能。机器鸟身上包括了最为紧凑的扑翼机构、通信技术、扑翼控制元件和升降舵、尾翼。在极小的空间内安装了一个无刷式电机、两个伺服电机、电池、齿轮和各种电路板。通过电机与机械系统的智能交互，可精确调节振翅的频率以及各种机动飞行的升降舵。

图片来源： Festo SE ＆ Co． KG

GPS 协调飞行操纵

通过带超宽带技术（UWB）的室内无线GPS，机器鸟可实现协调的安全飞行。在空间内安装多个无线模块，构成相互定位的固定锚点，定义了受控空域。每只机器鸟配备了一个无线电信标，给锚点发送信号，然后可以确定鸟的精确位置，锚点再将采集的数据传回一台中央主机，主机的功能就是一个导航系统。该系统可用编程好的路径来规划和确定鸟的飞行线路。如果因为环境发生突发变化，如风和高温，造成有鸟偏离航线，机器鸟可自主介入，纠正飞行路线 – 无需任何人类飞行员的控制。无线电通信可实现位置感测，即使有障碍物或视线部分被阻挡。超宽带无线电技术确保了安全而无干扰的飞行。