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“燕雀”戰斗

2022-06-24 22:03王岐朋等
輕兵器 2022年6期
關鍵詞:翅膀

王岐朋等

仿生無人機的飛行方式高度擬合真實的鳥類

《急先鋒》電影里,仿生無人機搭載著高精度偵察設備,將戰斗態勢實時傳回指揮中心進行分析,并將結果傳輸到隊員隨身攜帶的終端,這種“千里眼,順風耳”在作戰行動中發揮了巨大作用,讓反派吃盡苦頭,也讓觀眾們不禁浮想聯翩,如果這種仿生無人機在戰爭中得以運用,將會釋放更大潛能、產生更多新戰法,甚至顛覆未來戰爭。事實上,仿生技術早已不止一次在人類軍事科技競爭中大放異彩,只是隨著科技不斷發展,人們逐漸淡忘了那些大自然生物饋贈給我們的靈感。如今前沿軍事科技進入瓶頸期,人類幾次科技革命創新的“家底”逐漸匱乏,或許又到了人類“問道”大自然的時候。

模擬自然界飛鳥的撲翼飛行其實是人類祖先最古老的飛行之夢,中國古代就有墨子“為木鳶,三年而成”,“公輸子(魯班)削竹木以為鵲,成而飛之,三日不下”的記載,后來,意大利天才藝術家達·芬奇設計了燕子撲翼式飛行器。但是,由于受當時的技術水平限制,這些古老的撲翼飛行之夢都遇到了難以逾越的鴻溝壁壘,人們不得不把目光轉向了固定翼飛行器和旋轉翼飛行器。

飛行之夢,永不止息。1903年,萊特兄弟駕駛著世界上第一架飛機“飛行者一號”擁抱天空,寫下了飛機歷史的扉頁。而無人機的歷史,幾乎和有人機的歷史一樣長,但受制于早期自動控制技術和導航技術的不足,在漫長的歲月中,無人機都扮演了靶機的角色。

電影《急先鋒》中的仿生無人

魯班所造木

達·芬奇飛行器繪圖手稿

早期滑翔機

俄羅斯“雪鸮”無人機

1960年代,無人機首次在戰爭中大規模運用,因當時技術條件限制,無人機在彼時扮演的角色非常邊緣化。直到1990年代,隨著計算機技術的廣泛運用,無人機逐漸成為空中戰場的霸主。

無人機的出現,聚焦了全世界的目光。不少國家著力研究“反無人機”技術,以專門應對無人機的攻擊。比如在現代戰爭中,不少國家針對傳統無人機比較明顯的外形特征,豐富完善反偵察手段。傳統無人機在外形特征上的缺陷,已經無法滿足指揮員對可靠情報的需求。于是,人們再次拾起那段穿越時空、回歸自然的夢想,世界上主要國家又掀起了對仿生無人機的研究熱潮。

起初,人們對仿生的認知只停留在視覺、聽覺等較淺的層次,仿生設計也是以外形和表征為主,形成了具有原始特色的外形模仿方式。隨著新技術不斷升級發展,人類認知突破了感官的邊界,把目光投向生物的行為方式和生存方式,繼而開辟了仿生領域的新境界。

俄羅斯研制的“雪鸮”無人偵察機可搭載高精度偵察設備,用于精確定位目標。在確定目標坐標后,無人機將使用自身裝備的激光照射器瞄準摧毀敵方飛機、火炮等目標。該型無人機質量約5kg,可由單兵攜帶,續航時間40分鐘。其外觀和尺寸依照貓頭鷹設計制造,涂裝也力求還原,機身布滿灰色斑點,欺騙性十足,還采用了復合材料,使其很難被敵方雷達捕捉。

為了提高“雪鸮”的迷惑性,科研人員還對無人機的面盤進行了1∶1高度還原。但是,無論“雪鸮”的外觀如何逼真,它采取的飛行方式還是傳統的固定翼滑翔,并沒有成功實現貓頭鷹的撲翼動作,“騙”得了一時,時間一長就會很容易被識破。

真正的仿生無人機高手當屬德國的費斯托公司,其研發的“智能鳥”無人機,巧妙地讓無人機長出了“翅膀”,可以完美模擬鳥類的飛行狀態,依靠翅膀提供飛行動力。它的翅膀不僅可以上下拍動,還能按照一定角度進行扭轉,甚至能模擬鳥類頭部實現360°旋轉,就連起飛與降落的姿態都模仿得惟妙惟肖。

德國費斯托公司研制的“智能鳥”無人機

神奇的“仿生蝴蝶”無人機

“仿生蝴蝶”無人機的翅膀表面

如果說“智能鳥”很科幻,那么該公司另一款明星無人機將會把你帶入魔幻的世界?!胺律眅Motion無人機是一款氣動仿生無人機,第一眼看到它,簡直像是一件精美的藝術品!費斯托以大自然為靈感設計各種仿生動物機器人并且非常逼真,每一個翅膀都能獨立操作。該無人機擁有蝴蝶一樣輕盈的外形,并且能夠展現成群結隊的蝴蝶一起飛舞的效果。該無人機翼展50cm,質量僅為32g,雙翼各配備微型電動機驅動,其翅膀每秒擺動1~2次。一次充電15分鐘可飛行3~4分鐘,速度可達2.5m/s?!胺律睙o人機之間的通信網絡,不僅可用于工廠生產的后勤組織和監控系統,也可用于組成無人機集群執行任務。

很多國家開始把目光更多地聚焦在微型仿生無人機上,特別是仿昆蟲無人機。相對于結構復雜的飛鳥,昆蟲的翅膀沒有復雜的神經網絡,一般只有翅脈,但它卻將飛行所需的動力、升力和控制系統集于一體,能夠調節振幅、振頻和振角以應對氣流變化,靈活避開突然出現的障礙物,這在軍事上有很大的應用潛力!

費斯托“仿生蜻蜓”BionicOpter無人機與真正的蜻蜓一樣,能夠向任意方向飛行。它的四翼采用碳纖維制成,每秒可以拍打20次。精密的機械結構,仿佛把你帶回到工程學設計的課堂,這款“仿生蜻蜓”無人機不但可以實現減速和急轉彎,還能做到懸停和倒退,甚至能夠模擬直升機!

而由荷蘭代爾夫特理工大學機器人研究團隊打造出的一款模仿果蠅飛行機制的DelFlyNimble四翼撲翼無人機,不僅成功擁有了像果蠅一樣超靈活的飛行機制,而且單次充電最大飛行距離長達1km,速度可以達到7m/s。它還可以懸停在半空或執行各種極端動作,如俯沖和空中打滾。

“仿生蜻蜓”無人機

DelFly Nimble四翼撲翼無人機

美軍裝備的“納米蜂鳥”無人機9dbl6Qv4+0Et3JPAwMsdFZooPQPBMRQ2vbe9O7SCNNU=

作為最早將無人機應用到軍事領域的國家之一,美國在仿生無人機領域也是碩果累累。2009年,由美國航空環境公司研發的一種名為“納米蜂鳥”的撲翼式無人機進入大眾的視野。該超微型無人機有蜂鳥一樣大小的翅膀,可在空中飛行和滑翔。這種新型超微型無人機投資210萬美元,是第一種帶兩個翅膀的飛行器,利用翅膀進行移動和控制飛行。其質量為10g,全長不超過7.5cm,飛行速度可達到10m/s,空中飛行噪聲也比同類飛行器小。美國特種部隊購置了一批該類無人機用于特種作戰,以協助特種部隊進入有危險的室內環境清剿殘敵,或為狙擊隊員偵察障礙物背后的情況。目前美國的撲翼型無人機已經實現小型化,可以制造出仿蜻蜓、蒼蠅等微型無人機。

值得一提的是,中國在仿生無人機領域也處于世界先進水平,由西北工業大學專家領銜設計的代號“信鴿”的仿生撲翼型無人機可以混在鳥群中騙過雷達系統的偵測,真正成為肉眼和雷達都無法識別的中國“間諜鳥”。

仿生武器是一種把偽裝發展到極致的戰爭產物,仿生無人機也不例外。當人們運用一定手段將具有迷惑性的羽毛或涂料與仿生技術完美融合,達到肉眼或者偵測難辨真假的程度,就會讓仿生武器煥發新活力。

近年來,隨著戰場環境的迅速變化,智能算法的廣泛運用,偵察情報處理的速度得到質的飛躍。傳統的迷彩光學偽裝圖案設計已不能滿足偽裝要求,研究人員正在研究破解生物遺傳進化的基本機理,希望利用遺傳算法對偽裝圖案進行優選復制、交叉繁殖和變異繁殖等仿生化處理,改進傳統偽裝圖案設計方法,提高偽裝效果。

我國研制的“信鴿”無人機

仿生無人機運動方式及外觀與海鷗高度相似

仿生昆蟲無人機

仿生無人機的物理結構設計

設想有一天,邊境線上飛來一群遷徙的大雁,而這個時而排成“一”字時而排成“人”字的雁群中,有一只是仿生大雁,它能逼真到騙過真實的大雁,混入雁群。這只“大雁”時而在劍拔弩張的軍事基地悠游自在肆意偵察,時而駐足停息站在枝頭曬太陽補充能源。

在軍事基地附近,正有一群蒼蠅在空中盤旋,一哄而散。其中一只“蒼蠅”通過下水管道、通風口飛進基地的辦公室,完成它該完成的使命;一只“麻雀”站在大型動力設備的電線上,在火線和零線之間搭了一條美妙的弧線,“啪”的一聲,伴隨著“麻雀”羽毛燒焦,所有電源全部損毀;領空受到侵犯,戰機緊急起飛,跑道上卻飛來一群“白鴿”,飛行任務只好被迫延時……

或許,經歷過這樣的戰爭再也沒有一個人能夠坦然面對身邊的飛鳥昆蟲了,軍事基地的營墻也會拉起高大的電網阻攔飛鳥,甚至連一只蒼蠅都不能放入營門。

當這些電影中的畫面真實出現在現實中,我們將會感嘆,戰爭已經被顛覆!據報道,有關國家找來試驗人員對仿生無人機進行測試。當這些“飛鳥”從空中對地面人員進行監測時,試驗人員只會認為從他們上方飛過的是普通鳥類,并沒有起絲毫疑惑。

可以預見,隨著前沿技術的不斷發展,類似在科幻大片中才能看到的場景,將會逐步照進現實。不久的將來,各種“形神兼備”的仿生無人機將從實驗室走向戰場,在叢林地帶、邊境巡邏、高原偵察、城市巷戰、特戰等場景中發揮重要作用。

仿生無人機無疑是當今無人機研究領域的一片“藍?!?。脫去偽裝的外殼,它是凝結了人工智能技術、深度學習技術、新材料技術、新能源技術的科技結晶。通過賦予其類似于動物的外形樣貌甚至聲音等特征,來減弱其機器人的本質屬性,從而執行各類特殊任務。仿生無人機因其體形小、隱藏性好、靈活機動,能夠較好適應復雜多變的戰場環境,可出色執行偵察、干擾和攻擊等作戰任務,軍事應用價值極大。

酷似鳥類或者昆蟲的外形,給仿生無人機執行偵察任務帶來了巨大的優勢。由于體積小,且多采用復合材料,因此仿生無人機很難被雷達捕捉,即使被探測到也會被其“生氣勃勃”的外表所迷惑而被忽略,這樣就能夠成功抵近目標,實施近距離偵察探測。

對于撲翼型仿生無人機,主要通過微型發動機帶動機翼產生升力與推力,無需額外加裝螺旋槳或者噴氣推進裝置,這樣飛行所產生的聲音就能夠被最大程度地降低。如果在夜間進行偵察,敵人更加難以識別與發現。

仿生無人機的撲翼運動方式

仿生無人機上攜帶著各種微型設備

仿生無人機依靠芯片等微型電器元件傳播信號

仿生無人機尺寸微小

除此之外,通過模仿動物的飛行方式,撲翼型無人機只需調整機翼適應不同的氣流,就可在狹窄的空間里活動自如。因此在未來的城市戰場和反恐作戰行動中,該類型無人機將會得到更廣泛的應用,成為戰場“千里眼”。

仿生無人機無論在軍事領域還是民用領域都有極大的發展前景,但是和其他前沿科技產品一樣,它們也存在很多亟待解決的問題,比如續航能力不足、靈敏度較差。

目前研發的仿生無人機大多采用電池供電和借助空氣升力兩種方式提供飛行動力。借助空氣對流獲得升力的方式對環境的要求較高,采用鋰電池、太陽能薄膜供電等方式提供的能量有限,因此需要進一步研究動力來源或提升電池的儲能效率。

另外,由于仿生無人機一般體形小巧,材質輕盈,在駐足啟動、變化路線、發射回收等環節,很容易受自然環境的影響,操作控制較為困難。需要加強對飛行控制系統魯棒性和抗干擾性的研究,也可以借助人工智能技術加快實現自主導航、自主避障、智能操控等功能。

隨著5G時代的到來,新技術所帶來的科技潛力將會推動仿生無人機不斷發展。如我國大疆公司正在研究利用云技術分析無人機傳感器傳回的數據,以此來解決無人機敏感度低的問題。

時代的浪潮滾滾向前,科技創新的腳步一刻未息,在無人化、智能化為主導的未來戰場,仿生無人機必將越來越趨于成熟,也必將被越來越多的國家重視。如何在關鍵領域解決卡脖子的難題,將會是我國在未來無人戰場能否取得主動權的先決條件。相信在不久的將來,電影《急先鋒》中的場景將會成為現實,而仿生無人機也會成為一柄我國維護國家主權與安全,維護世界和平與穩定的利劍。

編輯/吳瀟

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