Cincinnati大学研发仿蛾无人机，实现精准悬停与追踪

快速阅读: Cincinnati大学研发出模仿飞蛾飞行的扑翼无人机，采用极值搜索控制算法，实现高效稳定的飞行，无需复杂计算或AI，适用于小型化、隐蔽监控等领域。

Cincinnati大学的研究人员正在开发一种带有扑翼的无人机，这种无人机可以像飞蛾被火焰吸引一样，定位并围绕移动光源盘旋。研究人员认为，这种独特的无人机可能提供了一种高效的飞行方式，适用于小型化、隐蔽监控等领域。飞蛾能够在空中悬停或甚至倒飞，并自动进行微调以应对风或障碍物，从而保持静止或追踪移动物体。Cincinnati大学的类似飞蛾的无人机也通过类似的微调来维持与光源的距离和姿态，即使光源在移动。

Cincinnati大学工程与应用科学学院的助理教授Sameh Eisa领导了这项研究，他说：“我们之所以感兴趣是因为体积问题。这是一种更优的设计。这些小机器人需要像飞蛾那样飞行。”该研究本月发表在《Physical Review E》杂志上，提出悬停昆虫能够如此灵巧地飞行，是因为它们采用了类似于极值搜索反馈系统的机制。

极值搜索控制是一种无需模型、实时自适应的控制算法，可以在系统动力学未知的情况下调整参数。这些系统允许无人机在没有复杂计算、全球定位设备或人工智能的情况下进行实时导航，只需不断调整控制输入，如每秒的拍打次数即可。

扑翼无人机通过独立拍打翅膀来控制滚转、俯仰和偏航，但这种独立拍打的速度太快，肉眼无法观察到。无人机同时测量其程序优化功能的表现，如寻找光源，以纠正航线，形成一个持续的反馈循环，实现极其稳定和一致的飞行。“飞蛾让这一切看起来很简单，”Eisa说，“我们使用极值搜索技术的原因是，它们似乎具有生物学上的合理性。”

研究的主要作者Ahmed Elgohary表示：“我们的模拟显示，极值搜索控制可以自然地重现昆虫稳定的悬停行为——无需人工智能或复杂模型。”“这是一个简单的反馈，无需模型且实时的原则，可以解释这些小生物如何用有限的大脑能力实现如此敏捷的动作。”

在测试中，无人机能够模仿它设计所模仿的悬停昆虫（如飞蛾、大黄蜂、蜻蜓、悬停蝇、蚊蚋和蜂鸟）的细微前后摇摆。Elgohary和Cincinnati大学的研究生Rohan Palanikumar使用遥控器展示了Eisa飞行实验室中的扑翼无人机如何飞行，实验室周围设有软网，以防无人机或人员意外碰撞。无人机有四个由金属丝和织物制成的翅膀。

手动控制这种敏感的无人机比使用其自身的极值搜索系统更加困难和不可靠，但一旦激活，扑翼无人机就会升空并在空中悬停，尽管有些晃动。这种晃动是有意为之，为系统提供了评估性能变化所需的扰动，以便不断调整航线以优化飞行。

Eisa表示，这项研究未来可能应用于无人机领域，并有助于理解微小昆虫如何用相当于一粒花粉大小的大脑完成复杂的飞行操作。“这可能会改变许多关于生物物理学的看法。如果悬停昆虫如飞蛾确实使用了与我们的极值搜索反馈相等的机制，那么这种机制很可能也在其他生物中进化出来。”Eisa说道。

Eisa的建模、动力学与控制实验室探索受动物启发的工程学。此前的项目包括能够利用动态滑翔力量更高效地覆盖长距离的无人机，就像信天翁一样。

本文最初由Cincinnati大学发布。

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