智东西（公众号：zhidxcom）
编 | 董温淑

智东西5月11日消息，近日，来自英国利兹大学、英国皇家兽医学院等机构的研究人员从蚊子身上得到灵感，研发出一款自动化防碰撞系统，并将其应用于一个四轴飞行器。

飞行器在能见度低等复杂环境中飞行时，难以及时发现、躲避障碍物，极易发生碰撞。相关研究人员一直致力于提升飞行器防碰撞系统的预测能力，但现有的模型效果不尽人意。

最近，英国利兹大学、英国皇家兽医学院等机构的研究人员发现，夜间飞行的蚊子具有人类梦寐以求的飞行中精准闪避障碍物的能力——落到人或其他动物身上吸血时，蚊子往往动作轻柔，从不会一头撞上去。

经过仔细观察，研究人员发现这是因为蚊子有一种独特的感应模式。研究人员模拟了这种感应模式，成功提升了微型四轴飞行器的防碰撞能力。

这项研究发表在权威学术期刊《Science》上，论文名称为《受蚊子的空气动力学成像启发的自动飞行器的表面探测器（Aerodynamic imaging by mosquitoes inspires a surface detector for autonomous flying vehicles）》。

论文链接：
https://science.sciencemag.org/content/368/6491/634

一、蚊子夜间飞行的奥秘：感知气流变化，勾勒周围环境情况

要搞清蚊子准确闪避障碍物的原因，首先要明白蚊子的飞行原理。飞行时，蚊子会快速扇动翅膀，导致翅膀周围形成空气流场，借助空气气流的托举作用飞行。

这些气流在碰到墙壁等障碍物时会发生折射。研究人员发现，蚊子是通过感知气流的变化来躲避障碍物的。

蚊子头部触角底部有一组极其敏感的感受器，被称为“约翰斯顿器官（Johnston’s organ）”。在黑暗中，约翰斯顿器可以敏感地感知气流变化，帮助蚊子勾勒出周围环境的情况。这个过程也被研究人员称为“空气动力学成像（aerodynamic imaging）”。

为了进一步探究蚊子能够感知到的障碍物距离，研究人员利用蚊子的高速飞行记录进行了计算流体力学模拟。根据模拟结果，约翰斯顿器官更容易检测到低海拔（地面）位置的气流变化，在高海拔（墙壁）时敏感性会降低。

研究人员猜测这种现象与“地面效应”有关，即当蚊子贴近地面飞行时，气流更容易被地面折射，蚊子的约翰斯顿器官能感知到的变化也就越多。

通过测量，研究人员发现蚊子能够探测到障碍物的最远距离约为大于20个翅膀长度，这一数值远远大于现有防碰撞系统的预期探测距离。

研究小组成员Toshiyuki Nakata博士表示：“我对蚊子避开周围障碍物的精确度感到惊讶。”

二、仿生蚊子防碰撞系统：检测更远距离，帮助飞行器提前闪避

研究人员利用空气动力学成像的概念设计出一款自动化防碰撞系统，并将其用于一个微型四轴飞行器。该自动化防碰撞系统的主要组件为仿生压差传感器。

通过测定飞行器周围的气流速度，研究人员确定了传感器装置的灵敏度下阈值，确保传感器能够接收指定最远距离外障碍物反射的气流变化。

接下来，研究人员使微型四轴飞行器在贴近地面、墙壁处飞行，并分别在系绳、手动驾驶、自动驾驶条件下进行了测试。

测试结果显示，该微型四轴飞行器具有较强的闪避障碍物能力。微型四轴飞行器搭载的传感器能够检测到较远距离外的障碍物，这段距离足够飞行器部署一个闪避动作。

相比于已有的防碰撞系统，这款仿生蚊子防碰撞系统还具有轻量、节能的优势，只需要进行基本的阈值设定就能使用。

结语：或能用于直升机

来自英国利兹大学、英国皇家兽医学院等机构的研究人员注意到了蚊子闪避障碍物的高超能力并进行相关研究，成功研发一款自动化防碰撞系统。实验证明，这款自动化防碰撞系统能提升微型四轴飞行器的防碰撞能力。

研究人员表示，下一步将扩展这款自动化防碰撞系统的应用范围。研究团队成员Richard Bomphrey教授说：“（这个模型的应用）不仅限于小型飞行器，这种障碍物侦测能力可以扩展到直升机，提升直升机在低能见度条件下飞行时的安全性。”

文章来源：Science，TechXplore