在美国马萨诸塞州的伍斯特理工学院(Worcester Polytechnic Institute,WPI),研究人员正在开发一种受蝙蝠启发的微型无人机,旨在于黑暗、烟雾或暴风雨等恶劣条件下进行搜索和救援任务。这些无人机利用回声定位技术,模仿蝙蝠的导航能力,能够在当前无法操作的环境中发挥作用。

助理教授桑凯特(Nitin Sanket)(见下图)表示,当发生地震或海啸时,电力线往往会首先中断,许多救援行动需要在夜间进行,因此他们开始研究自然界中是否有生物能够在这种情况下有效导航。桑凯特教授获得了国家科学基金会(NSF)“Foundational Research in Robotics (FRR) program”的约70.5万美元资助,项目名为“Sound Navigation: Enabling Tiny Robots to Find Their Way Through Smoke, Dust, and Darkness”,专攻声波导航与生物启发机器人。

桑凯特和他的学生们发现,蝙蝠的回声定位能力是解决这个问题的关键。通过这项资助,他们正在开发小型、低成本且高性能的空中机器人,这些无人功能够在当前无人机无法运行的情况下进行飞行。

最近,巴基斯坦的紧急工作人员利用无人机找到被洪水困在屋顶上的人们,而在加州,一支救援队则使用无人机找到一名被困在瀑布后两天的男子。这些成功的案例显示了无人机在救援行动中的潜力,尽管这些案例的具体来源尚未确认。

然而,桑凯特和其他研究人员希望超越目前手动操作的无人机,开发能够自主决策的无人机群。维吉尼亚理工学院的副教授威廉斯(Ryan Williams)指出,这种自主无人机的部署目前几乎不存在。威廉姆斯的团队最近进行了一个项目,程序设计无人机根据人类搜索者的协调选择搜索路径,并利用历史数据来预测失踪者在森林中的行为,提高无人机的定位精度。

在伍斯特理工学院,桑凯特的项目还针对目前无人机的大小和感知能力进行改进。他的无人机可以放在手掌中,主要由低成本的材料制成,并能在黑暗中运行;用小型超声波传感器发出高频声波,模拟蝙蝠的行为,并利用回声检测路径中的障碍物。

在最近的一次演示中,学生在明亮的房间中启动无人机,然后在关闭大部分灯光后再次启动。即使在黑暗中,无人机也能准确地检测到透明的亚克力墙,并在遇到障碍时自动停止并后退。

桑凯特指出,目前的搜索和救援机器人主要在白天运行,而许多救援行动却是在黑暗中进行的,这使得任务更加艰难。虽然开发过程中遇到了一些挑战,例如无人机的螺旋桨噪音干扰超声波,但研究人员仍在努力克服这些问题,并希望未来能达到蝙蝠的导航能力。这项技术未来不仅用于救援,还有潜力应用于自动驾驶汽车、珊瑚礁保护、火山勘探等多领域。

(图片来源:伍斯特理工学院)