仿生狐蝠

具有智慧運動裝置的超輕飛行器

為了開發仿生狐蝠,我們仿生學習網絡的開發人員近距離觀察狐蝠,並在技術上實現了它的特殊飛行特性。利用整合的機載電子設備與外部運動追蹤系統的相互作用,這種超輕飛行器能夠在限定的空域內半自主地飛行。

狐蝠屬於翼手目,是唯一可以主動飛行的哺乳動物。狐蝠的一個典型特徵,是牠纖細、富有彈性且從伸出的中手骨和指骨,一直延伸到腳踝的翼膜(飛行膜)。飛行時,狐蝠利用手指控制翼膜的彎曲度,從而能夠以符合空氣動力學的方式在空中機動飛行。這樣,即使是在慢速機動飛行時,狐蝠也能獲得最大升力。

基於自然界原型的敏捷運動裝置

仿生狐蝠的翼展為 228 公分,身長為 87 公分,重量僅有 580 公克。像自然界的狐蝠一樣,仿生狐蝠的機翼運動裝置也分為手臂和掌部,並覆蓋一層從機翼延伸到足部的彈性膜。因此,人造狐蝠的機翼面積相對較大,能達成較低的翅膀負載。與其生物學原型一樣,仿生狐蝠的所有關節點也都處於同一平面,因此,它可以單獨控制和折疊機翼。

特別開發的翼膜

此模型的翼膜薄如晶片,超輕且結實。它由通過約 45,000 個點連接在一起的兩層氣密薄膜,和一層彈性織物組成。由於翼膜具有彈性,即使在機翼收起時,也幾乎沒有皺褶。針織物的蜂窩結構可防止翼膜上的小裂紋變大。這樣,即使織物輕微受損,仿生狐蝠也能夠繼續飛行。

在限定的空間內半自主地飛行

仿生狐蝠與運動追蹤系統進行通訊,使其可以在限定的空域內半自主地飛行。運動追蹤系統持續偵測它的位置。同時,該系統還可規劃飛行軌跡並提供必要的控制命令。它的起飛和著陸由操作人員手動操控。飛行過程則由自動駕駛儀負責控制。

利用可移動式攝影系統進行精確定位

安裝在雲台上的兩台紅外線攝影機,是運動追蹤系統的重要組成部分。攝影機可以隨意轉動和傾斜,以便能從地面追蹤仿生狐蝠的整個飛行過程。攝影機藉由貼附在腿部和翅膀末端的四個主動紅外線標記,來識別仿生狐蝠。

對理想飛行軌跡進行機器學習

攝影機捕捉的影像會傳送到中央主機。中央主機評估資料,並像外部空中交通管制人員一樣協調飛行。為此,仿生狐蝠在主機上存有預先編程好的路徑,這樣就可以在飛行過程中確定飛行路徑。仿生狐蝠利用其機載電子設備和複雜的行為模式來計算必要的翅膀運動,以便最佳地按照期望的軌跡飛行。

仿生狐蝠從主機處獲得必要的控制演算法,主機對這些演算法進行機器學習並不斷改進。 這樣,仿生狐蝠就能夠在飛行過程中優化其行為,從而更精確地沿著指定的軌跡一圈一圈地飛行。此外,透過腿部的運動與由此調節的翅膀面積,對飛行進行操控。