EPFL开发新型无人机登上《Science Robotics》，插上羽毛，如同猛禽般翱翔天空

在苍茫的大海上，狂风卷集着乌云。

在乌云和大海之间，有一只海燕，在高傲地飞翔。

搞错了，重来。

看这天空中飞翔的姿势，你能想象到它其实是一个无人机吗？

没错，无人机被插上了翅膀，要不是看了机器人界顶级期刊《Science Robotics》最近发表的文章，小编还真以为它是那只高傲的海燕。

这是最近瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）开发的无人机，代号叫LisHawk。以鸟类为灵感制作无人机，这个概念不是第一次被提出了。2016年时，EPFL首次设计了带有变形机翼的无人机，不过那会的原型比较简单，长这样

EPFL这次开发的无人机LisHawk向前迈进了一步，号称具有“无与伦比的敏捷性”。在飞翔时，LisHawk机翼和尾巴的形状可以协同作用，可以实现更快的转弯:

突然减速:

甚至是在空中来一个360度转体：

翅膀和尾巴——从模仿鸟儿的身体结构开始

鸟儿的翅膀和尾巴是在飞行中最重要的部位，通过前后摆动尾巴可在滑翔过程中保持俯仰稳定性。

为了模仿这一特性，LisHawk的机翼和机尾以折叠的方式改变形状。

机翼侧面的变形区域由九个人造羽毛组成，当机翼伸展时它们展开呈扇形，在空中缓慢飞行不会掉落到地上；而在机翼折起时它们彼此重叠从而在飞行中更快地改变方向，并在快速飞行时降低空气阻力。

机尾充当的角色是升降机，同样由九个人造羽毛组成，最中间的一根羽毛垂直，通过方向舵使无人机产生偏航，升降舵产生俯仰；中央羽毛每侧的四根羽毛可对称的折叠和展开，始终保持均匀间距，使无人机飞行中保持平稳。

与鸟儿拍打翅膀起飞的方式不同，LisHawk使用机头的螺旋桨来产生推力，减少了整个系统的自由度，降低系统的复杂性从而实现更高的推进力和效率。

LisHawk平台架构

☑人造羽毛骨架

人造羽毛是机翼和机尾的重要组成部分，羽毛骨架的制作材料是玻璃纤维，具有质量轻，柔韧性好和较大刚度的优点，可以在羽毛稍微重叠时吸收空气动力负荷。不透气和抗撕裂的聚酯纤维织物包裹住羽毛骨架，一根1.5毫米的碳管固定在骨架上以用作轴。这些材料的组合使无人机不仅重量轻，而且强度高。LisHawk的即时飞行重量为284 g，最大翼展为1.05 m。

☑机身

机身中央的碳纤维方管将LisHawk的翅膀和尾巴连接在一起。机身由六个独立的部分组成。用砂纸和热铁使表面光滑，以减少皮肤摩擦阻力。成品机身将结构和电气组件隐藏在软壳中，电机安装在LisHawk的EPP机身上，没有将其直接连接到碳纤维方管上，这样可以减轻电动机的振动，使无人机更具冲击力。LisHawk的航空电子设备（占无人机总重量的52％）放置在靠近重心的位置，以进一步减小惯性矩。

上图中的红色部分是LisHawk的PixRacer航空电子设备，绿色部分是带有天线的GPS模块，研究人员将两者结合使用进行数据记录，并通过无线电控制器和卫星接收器（图中橙色）来驾驶无人机。

展望与未来

几年前的这款无人机以其快速飞行、急转弯及面对强风时身体呈流线型的能力给人们留下了深刻印象，就像真正的鸟一样。

大家平时经常看到的无人机多是四旋翼的设计，与四旋翼无人机相比，翼无人机的优势在于，相同重量的飞行时间更长，但四旋翼飞机往往具有更大的灵活性，因为它们可以悬停在原处并急转弯。

该研究的论文第一作者Enrico Ajanic表示：“我们开发的LisHawk无人机结合了四旋翼无人机与翼无人机的优点。它可以长时间飞行，但几乎与四旋翼飞行器一样敏捷。这些功能的组合对于在森林或建筑物之间的城市中飞行特别有用。”

由于存在大量的机翼和尾翼配置，驾驶这种新型无人机并不容易。为了充分利用LisHawk的飞行能力，EPFL团队计划未来将人工智能集成到飞行系统中，从而可以半自动飞行。

参考链接

https://robotics.sciencemag.org/content/5/47/eabc2897

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsfs.2016.0092

https://techxplore.com/news/2020-10-raptor-inspired-drone-morphing-wing-tail.html

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