漫话仿生无人机

作者：兰顺正

首发自：《现代兵器》

仿生学与无人机技术的“结晶”

仿生学是生命科学与机械、材料和信息等工程技术学科相结合的交叉学科，具有鲜明的创新性和应用性。仿生学的目的是研究和模拟生物体的结构、功能、行为及其调控机制，为工程技术提供新的设计理念、工作原理和系统构成。在百万年的进化过程中，人类不断地模仿自然，提升生产能力，仿生的领域和技术随着时代的前进而发展，许多影响人类文明进程的重大发明都源于仿生学。

在人类发展早期，认知和观察自然界的手段完全依赖自身的视觉、触觉、听觉、嗅觉和味觉等生理感官，对于自然现象的内在规律和运行机理仅凭表面观察和猜测想象，仿生设计也是以外形和简单动作模仿为主，形成了具有原始特色的外形模仿方式。随着新技术不断升级发展，人类认知突破了感官的边界，把目光投向生物的行为方式和生存方式，继而开辟了仿生领域的新境界。

而模仿鸟类飞行的例子古来有之，在中国汉代张衡就发明过可以飞行的木鸟，意大才艺术家达·芬奇也设计过燕子扑翼式飞行器。到了现代，飞行技术的进步则让仿生无人机成为了现实。

仿生无人机中比较基础的一类，是仅在外观、颜色上模仿各类飞行生物。如为了应对全球机场频发的飞机与鸟类相撞事件。荷兰格罗宁根大学的工程师们制造了一种无人机，它有着和游隼一样的翅膀和尾巴，以及看上去与游隼毫无二致的灰色羽毛和斑点，是一种在外形上可以乱真的机器游隼。机器游隼的原材料是玻璃纤维和硬质塑料，有一对螺旋桨安装在机器游隼的机翼前端，而头部摄像头传回的视频可以让无人机飞行员轻松操纵它机动灵活地飞行，用这种机器游隼驱赶鸟类时，鸟类会像遇到了真正的游隼一样飞快地逃离。

在俄罗斯“军队-2019”国际军事技术论坛上，一家参展的俄防务企业展示了一架“雪鸮”（在北极地区活动的一种大型猫头）仿生无人侦察机，其外观和尺寸依照真鸟设计制造，涂装也力求还原，机身布满灰色斑点，头部设有一台侦察用的光学探头，用于精确定位目标。“雪鸮”飞行时间约40分钟，距离约20公里，重3至5公斤，其发射和控制只需一个人就可完成。

以假乱真的机器鸟

不过，以上无人机虽然外观逼真，但采取的飞行方式还是传统的固定翼飞行，欺骗动物或许还可以，时间一长容易被人识破，因此各国都纷纷发展了采用扑翼飞行的仿生无人机，以求以假乱真。

其中，德国费斯托公司研发的“智能鸟”（SmartBird）无人机是此类无人机的代表。“智能鸟”可以像真正的鸟类那样挥动翅膀，不但可以飞行、滑翔，还可以独立完成起飞和降落的动作。不仅如此，它还会根据风向情况和气压变动进行实时自我调整，遥控器仅对大方向进行控制。“智能鸟”主要由塑料和碳纤维构成，形似海鸥的外壳仅重26克，为尽量减轻鸟身的重量，其内部构造非常简单，仅有一个内置的齿轮系统用于控制翅膀的挥动，位于翅膀尖端的迷你马达则用于控制双翼向前或向后轻微旋转，以推动“智能鸟”前进，内置电脑可精确地实时协调翅膀的运动，确保其飞行动作流畅。

而在2009年，美国航空环境公司推出了其研发的名为“纳米蜂鸟”的扑翼式无人机。该无人机外形酷似蜂鸟，重量不及一块5号电池，全长不超过7.5厘米，通过快速拍动两个翅膀，可以做出盘旋、俯冲、爬升或快速前飞等动作，飞行速度可达到10米/秒，空中飞行噪声也比同类飞行器小。无人机载摄像头能够向操作员实时传递影像资料，有助于作战人员在安全距离以外关注潜在的战场威胁。据悉，美国特种部队购置了一批该类无人机用于特种作战，以协助特种部队进入有危险的室内环境清剿残敌，或为狙击队员侦察障碍物背后的情况。

值得一提的是，中国在仿生无人机领域也处于世界先进水平，2018由西北工业大学专家领衔设计的代号“信鸽”的仿生扑翼型无人机问世。“信鸽”的飞行时速可达40公里，留空时间30分钟，最远飞行距离5公里，其上装有高像素的摄像机和图像传输系统，能够实时将拍摄的高画质影像传送给后方。不仅如此，“信鸽”还引入了人工智能，具备自主飞行能力。据介绍，“信鸽”能够模拟真正的鸽子约90％的动作，而且几乎没有噪音，从地面观看基本无法分辨真假，在试验中经常吸引真正的鸽子伴飞。“信鸽”具备出色的目视、声隐身特点，即便是被雷达捕捉，也会被误认为是鸽子而放过。另外在2022年10月，北京航空航天大学宣布，该校团队自主研制的双关节大鸟型扑翼飞行器，持续飞行1小时31分04秒98，创吉尼斯世界纪录。

无疑，仿生无人机凭借其“动物”的假身份，可以在敌方难以察觉的情况下隐蔽的接近目标，实施侦查、监视以及自杀式攻击等任务，在特种作战和反恐行动中具有广阔的应用前景，而随着高密度电池、纳米加工、人工智能等技术的不断完善，仿生无人机的作战空间与作战样式也将得到进一步的拓宽与发展。