2018年5月18日,麻省理工学院(MIT)对外发布了一项新的研究成果,一种能在水面上航行的滑翔机。它能像信天翁一样乘风飞翔,同时也能像船一样在风浪中航行。
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这是一种全新的无人飞行器,名为信天翁机器人——设计灵感来自海上飞行的信天翁。由麻省理工学院的博士后Gabriel Bousquet带领团队所研制。这种机器人滑翔机重约6磅(2.7公斤)、长约3米、有一根像刀一样的龙骨——可以浸入水中,动力主要来自风能和水能。另外它还配备了GPS、惯性测量感测器、自动驾驶仪和超声波测高仪。
根据设计团队设想,当风力强劲时,滑翔机可以高飞并利用空气层的优势,当风减弱时,它会下沉并再次加速。除了机翼和龙骨外,该滑翔机还拥有一个三角形的帆,它可以在水中行驶的时候起到帮助。
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信天翁的双翼狭长,便于在气流中逆风飘举和顺风滑翔。信天翁滑翔的时候,巧妙地利用气流的变化。如果上升气流较弱,它会俯冲向下,加快飞行的速度。如果高度下降,它又会迎风爬升。每当海面上狂风怒吼,巨浪滔天的时候,信天翁却飞的安逸自在。近海的低空气流由于受到海岸的阻隔,通常比高空的气流缓慢,信天翁会在两层气流间做螺旋形的飘举和滑翔,可以几个小时不用扇动翅膀。有时,它们在低空随着气流的上下,身体左倾右斜,宛如滑翔机,身影矫健。它们在飞翔中只要把腿伸开或者闭合脚蹼,就可以象舵一样自如地改变飞行方向。可以说,它们随便兜一个圈子,就是2000-3000米,在短短的一个小时里,能横扫113千米的海面
研究团队联合航空与航天学教授Mark Drela,为这种混合动力飞行器草拟了一个设计原型,一架外形酷似信天翁,翼展为3米的自动滑翔机。不同的是,增加了一个三角形的帆作为支撑物,并在底部安装了一根细长的龙骨。并加入了各种仪器如GPS、惯性测量感测器、自动引导仪器和超声波测高仪等装置,以跟踪滑翔机在水面上的高度。随后,团队为该模型进行了数字建模,以模拟这种设计在实际中将如何执行。
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根据计算,这种风力交通工具只需要5节左右相对平静的风,就能以每小时20海里的速度在海面上飞驰——比传统的帆船快三到十倍,所需风力只有信天翁的一半。 团队的目标是能精确地控制飞行器在水面以上的高度,让其在水面上飞行,然后下降到龙骨可以在水下产生动力的深度,这样飞行器在水中仍然可以飞行。
研究人员决定测试这一关键动作——在空中飞行和让龙骨沉入水中之间的过渡动作。完成这个步骤不一定需要帆,因此Bousquet决定不加入风帆这一设计,以简化初步实验。2016年秋天,团队将飞行器带到查尔斯河上进行测试。因为这个机器人没有风帆,也没有其他启动装置,所以研究小组把它挂在一根连线于捕鲸船上的钓竿上。船沿着河拖曳飞行器,直到它达到每小时20英里,这时飞行器就能自主地起飞,乘风飞翔。
在测试过程中,飞行器开始自动飞行后,Bousquet使用远端遥控器给它下达了一个“入水”的指令,促使它低到足以将龙骨浸入河中。接着,他调整了龙骨的方向,并观察到飞行器能够按照预定设想离开水面……实验证明,信天翁滑翔机器人和团队预先设想的一样,能够高效得利用风能和水能长时间得自主飞行。
想象一下,当有风的时候,它能像信天翁一样飞起来,当没有足够的风的时候,龙骨可以让它像帆船一样航行,这极大地扩充套件了监测海洋的范围。