MIT航海机器人滑翔机: 能像帆船一样冲浪 像信天翁一样翱翔天空

2018年05月18日 14:10 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,如果你在信天翁下面驾驶着一艘帆船那么你会得到什么启发?来自麻省理工学院(MIT)的工程师们由此制造出了一种混合动力的机器人滑翔机,它能够同时拥有空中和水上的最佳运动状态。据了解,这个滑翔机能够像鸟一样翱翔、像帆船一样在水上冲浪。不过它在高空所需的风力比信天翁要少,另外行驶的速度也要比帆船快上10倍。

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信天翁被认为是生物工程领域的奇迹。这些传说中代表了好运的鸟类拥有一种能使它们展开长距离滑翔的生理机能。它们的翅膀宽至12英尺(3.7米),非常强壮的前缘和肌腱使其翼关节可以固定在某个位置。

这种鸟类可以在空中停留数年,期间它们只需要周期性地从海里捕捞出一条鱼,不停歇的飞行迁徙1万公里是家常便饭。不过它们并不擅长动力飞行,同时它们的飞行速度也很少被人注意。

MIT的Gabriel Bousquet、Jean-Jacques Slotine、Michael Triantafyllou对信天翁的空气动力学进行了研究并找出它们是如何管理史诗般的迁徙。最后他们发现,鸟类经常改变高度但速度却不快。虽然空气流速的差异不是很大,但通过在不同层之间的运动,信天翁很好地利用了“动量转移”。也就是说,当从较高、更快的层向下俯冲到较低、较慢的层,能量会从从上一层往下一层释放,这样鸟在不拍动翅膀的情况下也能加速。

对此,MIT科研小组指出,这种原理和数学原理跟帆船运动的机制一样。帆船运动是一项介于两种非常不同的介质之间的运动--空气和水。受到风力作用的帆将把能量或动力转移到水里,此时,船就会向前推进。

让研究人员感兴趣的倒不是两者的相似之处反倒是它们的不同之处。信天翁可以利用很小的风速差异,而帆船需要利用非常大的差异。那有没有什么方法可以将两个属性组合在一起呢?

结果就是航空航天学教授Mark Drela设计的一种机器人滑翔机。据悉,这种滑翔机重约6磅(2.7公斤)、长约3米、有一根像刀一样的龙骨--可以浸入水中。另外它还配备了GPS、惯性测量传感器、自动驾驶仪和超声波测高仪。

根据设计团队设想,当风力强劲时,滑翔机可以高飞并利用空气层的优势,当风减弱时,它会下沉并再次加速。除了机翼和龙骨外,该滑翔机还拥有一个三角形的帆,它可以在水中行驶的时候起到帮助。团队表示,计算结果显示,当风速只有5节时,滑翔机可以达到20节。

去年年底,团队对信天翁滑翔机进行了空气和水面测试。在速度为20mph(32km/h)的时候,滑翔机从水中起飞并进入自动飞行模式。然而可以通过遥控的方式将龙骨放回水中、转向然后又再一次将龙骨抬起进入飞行模式。

这项研究成果将在5月21日至25日在澳大利亚布里斯班举行的IEEE机器人与自动化国家大会上展示。

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