科研人员受蚊子夜间导航启发研制新型无人机避障系统

2020-05-14 newatlas

由伦敦皇家兽医学院(RVC)的Richard Bomphrey教授领导的国际科学家团队研究了雄性库蚊(Culex quinquefasciatus)的感觉机制,并找到了一种模仿昆虫利用气流检测障碍物能力的方法。

蚊子通过机械感测着陆,机械感测是对机械刺激的响应,无需使用眼睛即可感知障碍。与通过生物声纳系统导航的蝙蝠不同,蚊子使用翅膀、触角和气流。根据研究小组的说法,蚊子通过迅速拉动其细长的翅膀而飞行,从而产生快速的空气喷射,从而产生升力。如果这些喷流遇到障碍物,这些气流模式就会改变形状,这可以通过蚊子触角底部称为约翰斯顿氏器官的一系列接收器检测到。这使昆虫可以使用“空气动力学成像”来绘制周围环境的图片,从而可以绘制出地面和其他障碍物所在的位置。

为了了解蚊子如何做到这一点,研究小组对其飞行进行了高速记录,然后使用计算流体动力学模拟对其进行了分析。他们发现,蚊子利用地面效应,这是飞机从地面以两个机翼长度飞行时通常会遇到的升力和空气阻力的增加。当模拟考虑到这一点时,研究人员发现库蚊蚊子可以检测到超过20个机翼长度的表面-比以前想象的要远得多。然后,研究小组利用这些发现为微型四轴飞行器安装了具有生物启发性的传感器设备,从而提供了气动成像。该设备由一系列探头管组成,这些探头管连接到压差传感器上,以实现最大灵敏度。经过一系列的测试飞行后,然后允许四轴飞行器自主飞行。研究小组发现,四轴飞行器可以探测到足够的距离的表面,而无需进行数据处理或几乎不需要数据处理就可以避免地面或墙壁。Bomphrey说:“了解如此大量的昆虫如何在世界各地航行很重要。从蚊子身上汲取一些灵感可能会很有用,以使我们的机器在靠近建筑物或其他基础设施的地方运行时更安全,这种表面探测能力可以扩大到直升飞机,使它们在危险、低能见度的条件下飞行时更加安全。”

关键词:导航;仿生学;飞行避障系统