英研制昆虫微型飞行器 20年内可广泛部署

2011-8-02 12:25 来源: 新浪
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科学家希望破解家蝇超强的飞翔能力,研制出新型无人机

目前无人机被用于侦察与空袭

  北京时间8月2日消息,据美国物理学家组织网报道,目前,英国牛津大学的科学家正在研制革命性的昆虫型微型飞行器。这种飞行器在设计上立基于昆虫,采用富有革新性的扑翼和微型摄像头。它们拥有广泛的用途,可用于危险性过大而不适于人类的紧急情况,充当人类的好帮手,也可执行军事侦察任务。

  昆虫型飞行器的研制工作获得英国工程和自然科学研究委员会的支持,牛津大学在此过程中扮演关键角色。此项研究由牛津大学动物学系的理查德-鲍姆菲利博士领导,旨在进一步了解昆虫翅膀在过去3.5亿年如何进化。他说:“大自然已经解决了如何设计微型飞行器的问题。在向大自然取经时,我们得出一系列发现,这些发现让空气动力学工程师研制新一代侦察机成为一种可能。之所以称之为新一代是因为它们的体积与昆虫相当,能够像昆虫一样飞行并与周围环境融为一体。”

  当前体积最小的先进固定翼无人侦察机宽度大约在1英尺(约合30厘米)左右。扑翼设计能够让飞行器实现微型化。为了具备飞行能力,任何物体都需要拥有推进力和上升力。在飞机上,两个单独的装置负责产生推进力和上升力(发动机提供推进力,机翼提供上升力)。这两个条件限制了微型飞行器的设计。

  昆虫的扑翼能够同时提供推进力和上升力。如果人造飞行器能够有效模仿这种能力,便可让飞行器的体积大幅降低,低于当前的设计。鲍姆菲利表示:“这需要我们进一步了解昆虫翅膀如何进化,尤其是不同类型的昆虫翅膀如何进化出不同的用途。例如,蜜蜂是携带负荷的升降机,蜻蜓等捕食者速度快,机动能力强,蝗虫等昆虫可以飞行相当长距离。”

  他说:“研究昆虫翅膀之间的差异是我们的工作重点。了解这些生态学差异能够帮助我们根据所要执行的任务设计出一系列机翼。也就是说,新型飞行器可以进行定制,满足不同的需要,例如侦察敌方地形、崩塌的建筑或者化学溢出物,对体育比赛和其他事件进行电视报道。”

  在利用尖端电脑建模能力和最新高速高清晰摄像机技术方面,鲍姆菲利和他的研究小组走在世界前列,他们正在研究昆虫的翅膀和性能。这项工作的关键是计算昆虫翅膀周围的气流速度,可通过将昆虫放入风洞进行研究加以实现。研究中,科学家在空气中播撒光灰雾,用脉冲激光灯照亮这些颗粒,也就是采用颗粒图像测速技术。

  研究小组具有突破性的研究成果引起北约、美国空军和欧洲宇航研发办公室的注意。这项研究估计将在3到5年内得出国防工业可以利用的发现,20年内可研制和广泛部署昆虫大小的飞行器。鲍姆菲利说:“这是我们向大自然学习的又一个例子。微型飞行器是探查光线暗、危险性大和污秽地区的最理想方式。”

  目前,鲍姆菲利正利用英国工程与物理学研究基金提供的资金进行此项研究。这项研究的基本目的是了解自然选择如何影响昆虫翅膀的设计,了解空气动力学和其他物理限制条件对这些设计的影响。他说:“进化并不局限于一种类型的昆虫翅膀设计。我们的目的是了解自然选择如何让此成为现实。此外,我们同样希望了解人造飞行器如何战胜大自然的约束。”