新型混合無人機(jī)可以同時(shí)完成這三項(xiàng)任務(wù)，而不是讓一個(gè)自主機(jī)器人飛行，另一個(gè)在陸地上駕駛，再一個(gè)在水上導(dǎo)航。為了執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，科學(xué)家們?cè)絹碓蕉嗟卦囼?yàn)無人機(jī)，它們的功能不僅僅是飛行。
紐約大學(xué)阿布扎比阿拉伯氣候與環(huán)境科學(xué)中心(ACCESS) 的研究人員表示，他們希望無人機(jī)“能夠飛到潛在的偏遠(yuǎn)地點(diǎn)并進(jìn)行采樣”，因此產(chǎn)生了能夠在陸地、空中和海上航行的無人機(jī)的想法。該研究的主要作者、紐約大學(xué)阿布扎比分校的博士生迪米特里奧斯·柴卡利斯 (Dimitrios Chaikalis)說。
柴卡利斯說，環(huán)境研究通常“依賴于難以到達(dá)地區(qū)的樣本采集”。“飛行器可以輕松導(dǎo)航到這些區(qū)域，同時(shí)能夠在水面上著陸并在水面上導(dǎo)航，可以在飛回基地之前以最小的能耗進(jìn)行長時(shí)間采樣。”
這款新型自動(dòng)飛行器是一款三軸飛行器，具有三對(duì)用于飛行的旋翼、三個(gè)用于在陸地上漫游的輪子以及兩個(gè)用于幫助其在水上移動(dòng)的推進(jìn)器。橡膠輪直接在主輪框架主體周圍進(jìn)行 3D 打印，無需使用金屬螺釘和滾珠軸承，這些金屬螺釘和滾珠軸承在接觸水后會(huì)有生銹的風(fēng)險(xiǎn)。整機(jī)重量不到10公斤，以符合無人機(jī)法規(guī)。
機(jī)器切割的有浮力的聚苯乙烯泡沫體被放置在機(jī)器的頂部（固定轉(zhuǎn)子）和底部（固定輪子和推進(jìn)器）之間。這種漂浮裝置充當(dāng)機(jī)器在水中的船體，其形狀像三葉形，為轉(zhuǎn)子的氣流留出空間。
“最終的車輛能夠穿越所有可用的介質(zhì)——空氣、水、地面——這意味著你最終可以部署能夠克服不斷增加的困難和障礙的自動(dòng)駕駛車輛，”柴卡利斯說。
該無人機(jī)擁有兩個(gè)開源PX4自動(dòng)駕駛系統(tǒng)：一個(gè)用于空中，另一個(gè)用于陸地和水上導(dǎo)航。“空中導(dǎo)航與地面或水面導(dǎo)航有很大不同，兩者實(shí)際上有很多相似之處，”柴卡利斯說。“因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了地面和水面導(dǎo)航，使其與同一個(gè)自動(dòng)駕駛儀一起工作，只改變每種情況下的電機(jī)輸出。”
一臺(tái)英特爾 NUC 計(jì)算機(jī)充當(dāng)命令模塊。計(jì)算機(jī)可以根據(jù)需要在兩個(gè)自動(dòng)駕駛儀之間切換，并與無線電收發(fā)器和 GPS 連接。所有這些電子設(shè)備都固定在防水塑料外殼內(nèi)。
“當(dāng)然，你還必須為地面車輛車輪配備防水電機(jī)，因?yàn)樗鼈冊(cè)谒蠒r(shí)會(huì)完全浸沒，”柴卡利斯說。“事實(shí)證明，此類電機(jī)很難與商業(yè)自動(dòng)駕駛裝置連接，因此我們最終還設(shè)計(jì)了用于連接此類通信的定制硬件和固件。”
無人機(jī)可以在無線電控制下運(yùn)行，也可以自主執(zhí)行預(yù)編程任務(wù)。其鋰聚合物電池使其飛行時(shí)間為 18 分鐘。
在實(shí)驗(yàn)中，聚苯乙烯泡沫塑料船體在漂浮過程中吸收水分，在 30 分鐘內(nèi)重量增加了 20%。聚苯乙烯泡沫塑料確實(shí)在飛行過程中釋放了這些水，盡管速度很慢，100 分鐘后重量減輕了 20%?？茖W(xué)家們指出，在自動(dòng)駕駛儀設(shè)計(jì)中需要考慮到重量的這種顯著變化，或者他們可以添加防水涂層，盡管這會(huì)永久增加整體重量。
此外，“雖然防水濺和輕微浸沒，但這還不是完全潛水的設(shè)計(jì)，這意味著漂浮裝置的故障可能是災(zāi)難性的，”柴卡利斯說。
研究人員指出，未來他們可以優(yōu)化船體，使其足夠堅(jiān)固，能夠承受復(fù)雜的機(jī)動(dòng)，并最大限度地減少飛行過程中的空氣阻力。他們還希望使無人機(jī)完全模塊化，這樣他們就可以通過連接或拆卸模塊來輕松改變其功能。
“例如，我們想象能夠在必要時(shí)選擇將地面機(jī)制拋在后面以節(jié)省電力，然后再返回地面機(jī)制，”柴卡利斯說。“或者讓水模塊在水面上航行，而[無人機(jī)]返回附近的基地進(jìn)行充電，并在稍后再次拾取。”
新型無人機(jī)的專利申請(qǐng)正在等待中。6 月 9 日，科學(xué)家們?cè)谌A沙舉行的2023 年國際無人機(jī)系統(tǒng)會(huì)議上詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。
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