從自然界中發(fā)現(xiàn)雙翼的靈感

飛行是人類古老的夢想之一。一直以來，我們執(zhí)著于觀察動物世界中的構(gòu)造。在仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目中，飛行同樣是一個高頻話題。多年以來，費(fèi)斯托與高校、研究機(jī)構(gòu)和研發(fā)企業(yè)合作，借鑒自然界的基本科學(xué)原理，打造了眾多研究載體。

仿生學(xué)家們先是注意到了蝠鲼的胸鰭。蝠鲼雖生活在水中，但當(dāng)它游動時，胸鰭卻如同翅膀一般上下拍打。2007年，我們將這一原理應(yīng)用于Air_ray 中。憑借Fin Ray Effect®輕巧的設(shè)計，氦氣的浮力與拍打翅膀產(chǎn)生的驅(qū)動力，Air_ray能如同蝠鲼在水中游動一樣在空氣中移動。在仿生學(xué)理念的引導(dǎo)下，AirPengiuns 于2009年問世。AirPenguins的飛行技術(shù)與企鵝的游泳技術(shù)十分接近，通過被動扭轉(zhuǎn)翅膀可產(chǎn)生正向與反向推動力

從水下延伸到天空

在此基礎(chǔ)上，我們已經(jīng)于2011年破解鳥類飛行的秘密，并推出SmartBird. 該仿生設(shè)計受銀鷗生物體構(gòu)造的啟發(fā)，可自主完成啟動、飛行與降落，無需外界驅(qū)動；其翅膀不僅可以上下拍打，還能向既定方向扭轉(zhuǎn)。該設(shè)計中有一個活動的關(guān)節(jié)扭轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，可通過一系列復(fù)雜原理實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動。

BionicOpter蜻蜓的飛行技巧

如果觀察蜻蜓的世界，就會發(fā)現(xiàn)一種更復(fù)雜的飛行方式。蜻蜓的飛行技巧十分*：它們可延任意軌跡靈活飛行，可停留在空中，也可張開雙翼滑翔。蜻蜓的兩對翅膀活動時互不影響，使其可以突然停止或轉(zhuǎn)向，在短時間內(nèi)加速，甚至是向后飛行。通過BionicOpter, 費(fèi)斯托生物團(tuán)隊(duì)于2013年在一架超輕型飛行物中對這些極其復(fù)雜的生物特性予以轉(zhuǎn)化，將直升機(jī)、引擎飛機(jī)和滑翔機(jī)這三種飛機(jī)的飛行方式匯聚于一個機(jī)型。通過調(diào)節(jié)四個機(jī)翼各自的震動頻率和轉(zhuǎn)動角度可控制飛行的方向和力度，遠(yuǎn)程操控蜻蜓飛行器到達(dá)所在空間內(nèi)的幾乎各個角落。

eMotionButterflies：集體飛行

2015年，費(fèi)斯托通過eMotionButterflies完善了飛行器的輕量化和微型化。每只仿生蝴蝶的重量僅為32克。為使飛行器盡可能貼近自然樣板，eMotionButterflies采用一種高度集成的機(jī)載電子設(shè)備。該設(shè)備可且獨(dú)立地控制各個機(jī)翼，實(shí)現(xiàn)快速移動?？臻g中安裝的十臺攝像機(jī)識別仿生蝴蝶上的紅外線標(biāo)記，再由攝像機(jī)將位置信息傳送至中央控制主機(jī)，從外部協(xié)調(diào)仿生蜻蜓的飛行。

BionicFlyingFox：在飛行過程中，控制主機(jī)將人工仿生狐蝠與真實(shí)狐蝠的飛行軌跡進(jìn)行對比，通過機(jī)器學(xué)習(xí)，不斷優(yōu)化仿生狐蝠的飛行效果。

BionicFlyingFox：半自主飛行

仿生學(xué)家們進(jìn)一步開發(fā)該智能網(wǎng)絡(luò)，于2018年漢諾威工業(yè)博覽會上展出了可半自主飛行的BionicFlyingFox。半自主飛行通過機(jī)載電子設(shè)備與外部攝像機(jī)系統(tǒng)的組合實(shí)現(xiàn)，可使人工仿生蝙蝠以2.28米的翼展從空中飛過。人工仿生蝙蝠全身采用一種特殊研制的彈性氣密材料，由彈性針織面料和選擇性焊接的金屬箔制成。蜂窩狀的構(gòu)造使得BionicFlyingFox可以在輕微損壞的情況下繼續(xù)飛行。

 大自然中生物的飛行方式各有千秋——要將這些技術(shù)投入到科技研發(fā)中，需要面臨輕量化與功能整合兩大挑戰(zhàn)。而BionicFlyingFox將所有高載荷運(yùn)動學(xué)中的關(guān)節(jié)點(diǎn)置于同一平面內(nèi)，以便整個機(jī)翼呈剪刀狀折疊。至此，費(fèi)斯托成功解密了動物世界中的全部飛行方式。然而探索遠(yuǎn)沒有結(jié)束。在大自然中，還有其他的現(xiàn)象，啟發(fā)著仿生研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新的科技方案。