丽莎老师讲机器人之美军展出“机器昆虫间谍”

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未来的某一天，当你站在窗前欣赏窗外的风景时，一只蚊子可能会在你周围拍动着翅膀发出嗡嗡的响声，你要当心了，因为它有可能是只“间谍蚊子”。目前，美国军方正在利用仿生学原理研制此类微型飞行器，用来刺探敌情、侦察地形以及拍摄照片。　　难被察觉
　　忘了那些又慢又吵的无人机吧，想象一下一大群微型无人机，在敌方无法察觉的情况下，随意进出防空系统层层布防的敌方领空的情景吧——这就是美国空军设想的未来场景。
　　为了实现这一目标，美国空军要求无人机生产商研发更多的微型飞行器——纳米无人机，这种无人机可以远距离飞行以对敌方进行侦察。
　　这些像昆虫一样大小的监视无人机尤其可以在太平洋地区发挥巨大作用。
　　早在2007年，在一次反战示威活动上空盘旋着一群怪诞的飞行物，这招致人们对美国政府涉嫌秘密研发昆虫无人机的指责。官方的否认以及昆虫学家有关它们实际是蜻蜓的说法，都未能平息人们的猜测。
　　接下来的一年，美国空军揭开了昆虫大小间谍飞机的神秘面纱，声称它们“微小如大黄蜂”，难以被发现，并可飞入建筑物中“进行拍照，录音，甚至袭击抵抗分子和恐怖分子”。
　　基于昆虫结构力学可以设计出微型飞行器，能够在战场上空盘旋执行侦察任务。科学家们从那些经过千万年进化具备了完美飞行条件的动物身上获得了启发。
　　长期以来，美国国防部高级研究项目局一直在对纳米-仿生微型无人机的设计方案进行研究。研究人员现在研发出的仿生无人机，有虫子的眼睛，蝙蝠的耳朵，鸟的翅膀，甚至还有蜜蜂的绒毛等，以感知生物、化学和核武器。
　　目前，美国研制出的纳米无人机主要有三种：固定翼、旋翼及扑翼式。
　　早在1996年，美国国防部高级研究项目局就同航空环境公司签署了一份研制合同，进行制造微型无人机的可行性研究。该公司随后制造出了“黑寡妇”固定翼微型无人机。这种无人机采用飞翼式布局，整体形状为长方形，翼展15.2厘米，重量不到85克。该机前部装有螺旋桨，靠电池带动电动机驱动。该机采用无线遥控方式，可连续飞行30分钟，飞行半径1.8公里，机上装有一部摄像机和传输设备。
　　随后几年，航空环境公司还开发了这种无人机的锂电池和燃料电池版本，载重量和飞行距离都有了很大提升。
　　而在旋翼机方面，美国Lutronix公司曾研制出一种微型旋翼无人机。该机续航时间为30分钟。可以采用单旋翼和对转双旋翼的不同类型。基本型直径为10厘米，重316克，有效载荷大约100克。美国宾夕法尼亚大学GRASP实验室在2012年也展示了像蜂群一样成群飞行的由20架纳米4旋翼无人机组成的同步飞行阵列。
　　目前，绝大多数飞行器都依靠水平旋翼或者螺旋桨来提供动力，这限制了它们在狭窄空间里活动的能力。而扑翼式无人机通过模仿鸟类或昆虫的飞行方式，可以解决这一问题。2011年，美国航空环境公司推出一款名为“纳米蜂鸟”的扑翼式无人机，堪称仿生机器人的典范之作。该无人机外形酷似蜂鸟，长仅16厘米，重量不及一个5号电池。“纳米蜂鸟”无人机的翅膀像纸一样纤薄，每秒钟能拍打20-40次。通过改变翅膀的角度和形状对飞行姿态进行调整，它在空中的盘旋时间能超过11分钟。这个小巧的“蜂鸟”身上安装有微型摄像机和遥控装置，可以从窗户或其他小开口飞进飞出，可用于室内外侦察。它在空中十分稳定，即使在强风中也具有良好的操控性。
　　此外，美国还研制出了一种“纳米蜻蜓”。这种无人机翼展仅有5厘米，最高飞行速度为每秒15米，可以连续飞行15分钟。机上安装有电子元件、电池、摄像机、控制器等。
　　成为真正的间谍机还需时日
　　美国的传统盟友英国曾在阿富汗战场上部署了一种名为“黑色大黄蜂”的纳米无人直升机。该机长约10厘米，高约2.5厘米，重量仅有16克，航程约为800米，最大时速为每小时35公里，可连续飞行30分钟。这种纳米无人机安装了微型摄像机，可以将拍摄到的画面即时传送到手持式控制终端。它可由军人遥控飞行，也可以在输入坐标后自行飞到目的地。
　　不过，尽管纳米无人机可以做到“随风潜入夜，侦察细无声”，但要真正突破防空网潜入侦察，这种无人机还面临着重重难关。
　　难关1 飞行时间
　　由于纳米无人机体形小巧，使其搭载的电池的体积和容量有限，导致其飞行时间和航程较短以及有效载荷较小。已面世的纳米无人机的航程从几百米到数公里不等，仅能执行战术性的战场侦察任务。未来使用燃料电池等下一代电池技术或利用机身天线接收地面传送的微波能量的方式能够扩展无人机的航程，但要成为真正的间谍无人机，还需要技术方面的突破。
　　难关2 保持航线
　　纳米无人机体积小而速度低，机翼载荷很小，飞行更像小鸟和大昆虫，几乎不存在惯性，很容易受到不稳定气流，如城市楼群中的阵风以及风雨的影响。在这种情况下如何保持其航线，并可执行操作人员的机动命令，是飞行控制方面的一大挑战。
　　难关3 远距离通信
　　此外，纳米无人机要执行侦察或间谍任务，机上必须搭载各种侦察传感器，如电视摄像机、红外、音响及生化探测器等。这些都必须是超轻重量的微型传感器，因而部件小型化是传感器技术发展的关键。一旦飞到空中，纳米无人机需要保持它与操作人员之间的通信联系，而这种无人机的尺寸限制了无线电的频率及通信距离，如何实现远距离通信也成为纳米无人机未来发展道路上的主要挑战之一。
　　不过，仿生纳米无人机技术正在突飞猛进，也许数年之后，爬到你身边的蟑螂或飞进室内的苍蝇竟然是来窃听和窃照的间谍；也许当你听到落在窗前电线上的鸟儿在歌唱时，它可能就是一个正在把镜头对准你的机器人！

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