圖:“機器蜜蜂”無人機。
從自然界中汲取靈感
5年前,理查德·古烈和湯姆·瓦內(nèi)克坐在一家距離他們的辦公室?guī)讞l街區(qū)的酒吧里交談,試圖讓自己的神經(jīng)從忙碌的工作中解脫出來。在過去一年多里,這兩名工程師一直試圖研制出一架經(jīng)久耐用的微型無人機,其能躲避其他物體,在建筑物內(nèi)準(zhǔn)確定位;而且,在暴風(fēng)雨天氣里也能風(fēng)雨無阻地飛行。
他們曾經(jīng)嘗試讓其微型無人機采用固定機翼,但需要添加足夠多的傳感器才能讓這種無人機有效地探測到障礙物,如此一來,這種無人駕駛飛機就太重了而無法飛起來。他們也嘗試采用直升機的形式,但直升機的旋翼一直糾纏在電線內(nèi)。另外,他們也制造過一個配備了發(fā)動機的氣球,但以上諸多嘗試都以失敗告終。
當(dāng)古烈和瓦內(nèi)克坐在吧臺上,小口啜飲著啤酒時,看到一只飛蛾突然猛烈地撞在了玻璃上。他們想,如果是微型無人機撞在玻璃上,必定會粉身碎骨,但這只飛蛾并沒有如此,而是從玻璃上彈開,拍了拍翅膀,恢復(fù)原狀,然后飛走了。
“這真是天降啟示,讓我們一下子覺得醍醐灌頂。”瓦內(nèi)克目前是麻省研發(fā)公司物理科學(xué)公司(PSI)的工程師。他說:“我們意識到,我們能制造出一種人造系統(tǒng),其撞擊到其他物體上之后,能立刻復(fù)原并繼續(xù)向前,這是一個創(chuàng)新。”
這并非工程師們首次從自然界中借鑒和汲取設(shè)計靈感,尤其是當(dāng)我們提到飛行時,從自然界中汲取的靈感和經(jīng)驗不勝枚舉。自然界中,有些飛行動物經(jīng)歷了近億年的進化過程,為了攫取食餌、逃避敵害、生殖繁衍和集群活動等生存需要,通過漫長的環(huán)境適應(yīng)的自然選擇過程,它們發(fā)展出了各具特色的空中飛行能力,其整體功能漸趨優(yōu)化,為當(dāng)前的人造航行器和飛行器望塵莫及。其上億年進化得來的翅膀形態(tài)和飛行方式給了我們很多啟迪。
數(shù)個世紀(jì)以來,人類一直夢想有一天能像鳥兒一樣在天空中翱翔。早在古希臘,就流傳著關(guān)于翅膀的傳說:少年伊卡洛斯和父親狄德勒斯被諸神囚禁在孤島上。身為巧匠的父親便利用島上的蠟燭,制作了兩副精巧的羽翅,一副給自己,一副給伊卡,可以借此飛出孤島,逃離囚禁的命運。在起飛前,父親警告伊卡:翅膀是蠟制的,遇熱會融化,因此絕不可高飛,要避開陽光。但伊卡洛斯最終忘記了父親的勸告,飛得過高,導(dǎo)致翅膀被太陽烤化,伊卡洛斯也墜入大海,白白丟了性命。
15世紀(jì)70年代,意大利天才萊昂納多·達(dá)·芬奇畫出了一種由飛行員自己提供動力的飛行器,并稱這種飛行器為“撲翼飛機”。這種飛機模仿鳥兒、蝙蝠和恐龍時代的翼龍,具有多個膜狀翅膀。達(dá)·芬奇認(rèn)為只有撲翼機才能既具備推力,又具備提升力。此后,有許多人開始模仿達(dá)·芬奇的畫作設(shè)計制造飛機,然而都逃不過失敗的命運,理想情況下能上下蹦跳幾下,最壞的結(jié)果則是摔成碎片。
后來,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,科學(xué)家們慢慢解開了自然界的很多謎題。與此同時,工程師們也研發(fā)出了第一架模仿昆蟲的、能飛行的交通工具,由此,為一類全新的設(shè)備——微型無人機的出現(xiàn)拉開了大幕。
美國著名智庫布魯金斯學(xué)會的彼得·辛格說:“自然界數(shù)百萬年的演化發(fā)展孕育出了無數(shù)的奇跡,這些都是我們靈感的來源。機器人的發(fā)展也是日新月異,明天出現(xiàn)的機器人與你今天看到的機器人可能迥然不同。最有可能出現(xiàn)的情況是,它們與動物看起來無異。”