辛辛那提大学发明类似飞蛾的无人机 无需人工智能即可自主导航

盖世汽车讯 据外媒报道，美国辛辛那提大学（University of Cincinnati，UC）的研究人员正在研发一种带有扑翼的无人机，它可以像飞蛾扑火一样，定位并悬停在移动的光源周围。

图片来源：辛辛那提大学

UC工程与应用科学学院助理教授Sameh Eisa和他的航空航天工程系学生对这些非同寻常的无人机很感兴趣，因为它们飞行效率高，而且可以缩小尺寸用于秘密监视。

飞蛾拥有令人难以置信的悬停能力，甚至可以向后飞行。它们会自动进行微调，以适应风或障碍物的影响，从而保持静止或跟随移动的物体。Eisa表示，这种类似飞蛾的无人机也能进行微调，即使光源移动，也能保持所需的姿态和与光源的距离。

“我们感兴趣的是尺寸。这是一种更优化的设计。这些小型机器人必须像飞蛾一样飞翔，”Eisa表示。

在他的建模、动力学和控制实验室（Modeling, Dynamics and Control Lab），Eisa探索受动物启发的工程学。此前，他研究过能够利用动态翱翔的力量更高效地覆盖远距离的无人机，就像信天翁一样。

在发表于期刊《Physical Review E》的最新项目中，Eisa和博士生Ahmed Elgohary提出了一个理论：悬停昆虫之所以能够如此灵巧地飞行，是因为它们采用了类似于极值寻求反馈系统的方法。

这些系统无需复杂的计算、全球定位设备或人工智能，只需不断调整控制输入（例如每秒的襟翼次数）即可实现无人机实时导航。

襟翼无人机通过独立拍动机翼来控制滚转、俯仰和偏航。但这种独立拍动速度太快，肉眼无法观察到。因此，这些机翼看起来就像蜂鸟翅膀的模糊轮廓。

“我们的仿真表明，极值寻求控制可以自然地重现昆虫身上的稳定悬停行为——无需人工智能或复杂的模型，”该研究的主要作者Elgohary说道。“这是一个简单的反馈、无模型且实时的原理，可以解释这些小生物如何以非常有限的脑力实现如此敏捷。”

无人机会同时测量其被编程优化的任何功能的性能，例如寻找光源，并在恒定的反馈回路中修正其航向，从而实现极其一致和稳定的飞行。

稳定性如何？这架无人机能够模拟各种悬停昆虫微妙而独特的前后摆动，这些昆虫包括飞蛾、大黄蜂、蜻蜓、食蚜蝇、大蚊以及蜂鸟。

“飞蛾让这看起来很容易，”Eisa说道。“我们使用极值寻求技术是因为它们在生物学上似乎可行。”

像喜爱花蜜的蜂鸟透翅蛾这样的悬停昆虫，它们的翅膀会以独特的8字形运动摆动，这使得它们在翅膀向下和向上运动时都能获得升力。灵活的翅膀在每次拍打翅膀时都会变形，以最大限度地提高升力和机动性。

Elgohary和UC研究生Rohan Palanikumar使用遥控器演示了这架飞行器如何在Eisa的飞行实验室中飞行。实验室周围环绕着柔软的防护网，以保护无人机和人员免受意外撞击。这架无人机有四个由金属丝和织物制成的“机翼”。

Elgohary表示，手动控制这架灵敏的无人机比使用其自身的极值搜索系统要困难得多，可靠性也更低。但一旦启动，这架飞行器就会升空并悬停在原地，只是略微摇晃。这种摇晃是故意为之，它提供了系统评估性能变化所需的扰动，从而能够不断修正航向，优化飞行。

Eisa表示，这项研究不仅对新型自主无人机意义重大，而且这些微小昆虫如何用花粉粒大小的大脑完成神奇的飞行特技，这一点值得关注。

“这可能会改变生物物理学的很多方面。如果像飞蛾这样的悬停昆虫能够运用类似于我们寻求极值的反馈机制，那么其他生物很可能也进化出了类似的机制。”Eisa说道。

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原文链接：https://auto.gasgoo.com/news/202510/27I70435875C409.shtml