打造一架更堅固耐用的無人機

　　這些小型、脆弱易碎的無人機并沒有解決由無法預期的碰撞所導致的損害這一問題，因此，古烈和瓦內(nèi)克一直希望能提高其耐用性。在酒吧受到飛蛾的啟示之后，他們開始與其他人合作，來再現(xiàn)昆蟲的飛行。他們找到了伍德，此時，伍德的實驗室已并入哈佛大學維斯生物工程研究所。隨后，他們利用一套圖像采集系統(tǒng)，對飛蛾在同玻璃碰撞之前、之中以及之后的一舉一動進行了記錄和分析。通過密切地觀察飛蛾身體部位的方位，他們精確測量出了昆蟲的翅膀和腿部的開合和扭轉(zhuǎn)。

　　當古烈和瓦內(nèi)克將視頻放慢時，他們驚奇地發(fā)現(xiàn)：“我認為，飛蛾會摔倒并掉下來，但并非如此，飛蛾的恢復動作非常優(yōu)雅，一切發(fā)生得太突然，讓人無法不屏住呼吸。”

　　古烈和瓦內(nèi)克仔細觀察了這種飛蛾身體怪異的幾何形狀。其外骨骼有類似于手風琴的部分，這部分的作用就像是一個減震器，其似乎也能感受到即將到來的碰撞。就在碰撞之前，飛蛾會以一定的角度飛行，確保其腿部會首先接觸到玻璃。在那一瞬間，翅膀一動不動。每當飛蛾猛烈撞上窗戶時，它會條件反射般地屈服于撞擊的動量并落下來。但剎那之間，飛蛾的重心會將其拉回到一個穩(wěn)定的位置。接著，其翅膀再次拍動，讓昆蟲再次有控制地盤旋。瓦內(nèi)克說：“通過翅膀的拍動，飛蛾能撞擊并快速恢復，這一點非常不容易，目前，還沒有人造系統(tǒng)能做到這一點。”

圖：駐阿富汗的英軍放飛“黑蜂”無人機。

　　因此，他們兩人開始利用這些知識，來研制一款有彈性的微型飛行器。這種設(shè)備的身體要能防震；每個翅膀也需要能被獨立地控制。因此，他們?yōu)橐粋€四旋翼飛機設(shè)計了一個外殼，其上整合了一些橡膠減震器，位于由碳纖維和塑料制造的零件中間。他們給四旋翼的每一個旋翼都安裝了發(fā)動機以便模擬不斷交替的翅膀速度，正是這種速度對擁有四個翅膀的昆蟲的飛行狀態(tài)進行了完美的控制。當這一設(shè)備被風吹離軌道或碰上障礙物時，其上裝配的計算機能探測到其目前的位置和預先編好的飛行路徑之間的差異，而且，一個自動駕駛儀會條件反射似的讓其恢復穩(wěn)定。

　　去年2月份，他們讓采用這種方法研制出來的、名為Instant Eye的小型無人機參加一年一度在美國佐治亞州本寧堡進行的陸軍遠征勇士試驗，作為裁判的士兵們給其貼上了“環(huán)保”的標簽，這是最高的排名之一。當被拋到空中時，Instant Eye能自動飛行。用戶可以用它在高處建立一個即時可用的有利位置，同時又不必花時間將設(shè)備發(fā)射到空中。

克服未來的障礙

　　盡管第一代微型無人機已經(jīng)進入市場并受到各方追捧，但工程學上的挑戰(zhàn)仍然存在。對于伍德來說，最大的障礙在于電源。與塊頭大一點的Instant Eye無人機不同，“納米蜂鳥”“蜻蜓”無人機以及“機器蜜蜂”都必須被連接到外部電源上。伍德正使用微構(gòu)造來試圖讓其上負載的電池盡可能小，他也在同哈佛大學、華盛頓大學以及麻省理工學院的研究人員合作，希望能研制出新奇的電池、微型燃料電池以及無線電力傳輸系統(tǒng)。他認為，未來一兩年內(nèi)，這樣的設(shè)備應該就可以研制出來。

　　古烈和瓦內(nèi)克則希望用撲翼取代其四旋翼飛機上的螺旋槳。盡管與其他無人機相比，Instant Eye更擅長從陣風導致的偏擺以及微小的碰撞中恢復過來，但其螺旋槳仍然與電線糾纏在一起。古烈說：“我們發(fā)現(xiàn)，撲翼的鳥類和昆蟲都能很好地適應周圍的環(huán)境，比如樹在移動，樹枝在移動等等。如果這些無人機落入樹枝中，它們會找到出路。我們意識到，撲翼是唯一的解決方案。”

　　而研制機器飛蛾的迪金森在華盛頓大學領(lǐng)導的實驗室則在使用高級成像系統(tǒng)對昆蟲的飛行進行更加深入地研究。他說：“15年前，高速照相機每秒只能捕獲約3000幀，這使得昆蟲看起來就像小型怪異的‘天外來客’，而現(xiàn)在，照相機每秒能捕獲大約7500幀，因此，我們能夠進行更加精微的研究。”

　　迪金森的研究重點也不僅僅是分析飛行，他也在使用電極記錄昆蟲大腦內(nèi)神經(jīng)細胞的活動。他將這些神經(jīng)細胞同一個飛行模擬系統(tǒng)連接在一起，并對其進行視覺刺激，例如，讓其觀看食肉動物的圖像等，以引起它們的反應。迪金森說：“借此，我們能了解昆蟲大腦內(nèi)的神經(jīng)細胞如何處理與飛行有關(guān)的信息以及傳感信息如何被翻譯成特定的行為。伍德的研究成果建立在昆蟲飛行的基本機制上，通過這種機制，這些微型設(shè)備能在空中停留，但我們要超越這一機制，最終理解昆蟲如何有控制地在空中玩花樣。”

　　這些研究成果有助于科學家們研制出更輕量、更智能的無人機，而其應用范圍當然也更廣闊。古烈和瓦內(nèi)克計劃將Instant Eye出售給軍方和執(zhí)法部門。而據(jù)國外媒體報道，駐阿富汗英軍部隊成為目前世界上最為先進的微型遙控無人偵察機的第一批使用者。這款名為“黑蜂”的微型無人偵察機的尺寸大約為10厘米×2.5厘米，可以為地面部隊提供重要的戰(zhàn)場情報。該款無人機裝備了一部微型攝像頭，可以為作戰(zhàn)部隊提供動態(tài)圖像或是靜態(tài)照片，士兵可以使用其對街角、圍墻或是其他障礙物進行偵察，以預知這些視覺死角后方潛在的危險。

　　除此之外，微型無人機或許也能在室內(nèi)使用，比如，能使警察和特警在辦公大樓或銀行內(nèi)部等收集腳印。伍德也表示，“機器蜜蜂”非常輕巧，因此，能被大批量地運送到災區(qū)搜尋幸存者；它們也能監(jiān)測交通和環(huán)境狀況；研究人員或許也能利用它們在野外收集數(shù)據(jù)。

　　無論最終的應用如何，微型無人機都不再是達·芬奇等人的夢想。它們已經(jīng)一飛沖天，靈巧，能很快恢復且自帶電源。