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仿生+AI讓無人機耳聰目明

2021-07-06由 看航空 發表于 科技

仿生+AI讓無人機耳聰目明

仿生+AI讓無人機耳聰目明

仿生+AI讓無人機耳聰目明

仿生+AI讓無人機耳聰目明

眾所周知,人類誕生之時,其防身武器主要是就地取材使用樹枝、石塊,後經冷兵器時代的石器、大刀、長矛,再到熱兵器時代的火藥、步槍、大炮、飛機、導彈、無人機等,都與自然界中各種動物結下不解之緣。

武器的發明源於自然界中生存的各種動物

在動物世界裡,很多小生命都有與生俱來的秘密防禦武器,如牙齒、利爪、棘刺、分泌毒物的器官等。人類正是從其在自然界中生存法則獲得發明靈感,而且還不斷被運用人類所獨有的思維和設計能力模仿生物,製造各種軍事仿生裝備。如:從魚兒在水中能自由活動的本領發明了船和軍艦,從鳥兒能在天空中自由飛翔發明了飛行器和飛機,從蝙蝠會釋放出一種超聲波發明了雷達,從蒼蠅嗅覺器官的結構和功能發明了小型氣體分析儀,從 海豚 能在水中發出一種確定訊號探尋食物發明了聲納,從貝殼堅不可摧的外殼硬度發明了坦克,從變色龍身上發明了偽裝衣、 隱形衣 ,等等。有的國家軍隊還喜歡用動物給武器命名,尤其是美軍更青睞用 猛禽 給海空軍武器裝備命名,如美軍“全球鷹”無人偵察機、F-15“鷹”式戰鬥機、F-16“戰隼”戰鬥機、F-117“夜鷹”轟炸機、 UH-60“黑鷹”直升機 和“鷹眼”預警機,“遊隼”護衛艦、“小鷹”號航母,“獵鷹”核導彈、“貓頭鷹”導彈,等等。除美軍之外,其他國家軍隊也模仿美軍以猛禽命名的武器也有上百種。由此可見,人類軍事武器的發明總是與 仿生學 存在著千絲萬縷的關係,源於自然界中生存的各種動物機理。

仿生學助力奈米微型無人機像鳥

仿生學的研究內容十分豐富、奧妙無窮,因為生物界本身就包含著成千上萬的種類,它們具有各種優異的結構和功能供各行業領域去研究、去探索。軍事領域也不例外。

外軍運用軍用仿生學原理,結合參照 生物學 、醫學、物理學、化學、數學等眾多學科的知識,把生物界中各種各樣動物的特徵作為研究物件,模仿 生物系統 的結構和功能,建造軍用仿生技術系統,不斷改進現有武器裝備技術性能。目前,軍事科研人員因受到鳥類和昆蟲生物學特性的啟發,透過運用仿生學、工程學、化學和生物學等方面知識研製合成材料,建立了一種合成系統,探索發明被用於偵察監視、空中行動及戰場態勢感知等領域的仿生微型飛行器,實現和昆蟲一樣的操作特性,能像蜜蜂一樣在空中盤旋,像蜘蛛一樣爬行,像蛇一樣悄悄逼近沒有任何防備的目標物,甚至還能像鴿子一樣在空中盤旋,毫不引人注意地停落在輸電線上,偷偷利用相機監視目標。軍事科研人員基於飛蛾 生物感測器 的器件效能,觀察到飛蛾並不會撲向有毒氣體,於是科研團隊小心翼翼地取下了一隻普通鷹蛾的“生物感測器天線”,並將其安裝在微型無人機主機板上,為其配備能像蛾子等昆蟲一樣精細的化學感測器,讓其變得耳聰目明。

早在2007年,在一次反戰示威活動上空盤旋著一群奇怪的飛行物,這招致使遊行示威人們對 美國政府 涉嫌秘密研發昆蟲無人機的懷疑。儘管美國官方的否認以及 昆蟲學家 解釋是蜻蜓的說法,都未能平息人們的種種猜測。一年後,美空軍基於昆蟲 結構力學 可以設計微型飛行器的原理,研製出能在戰場上空像昆蟲一樣大小、空中盤旋的執行偵察任務的 間諜 “大黃蜂”無人機,並可飛入建築物中進行拍照、錄音,甚至還能襲擊抵抗分子和恐怖分子。有報道稱,美軍研發飛行技能類似於昆蟲或小鳥、用於城市作戰的遙控無人機,重量很輕,在城市中的最高速度將達到每秒20米,無需與操作員直接聯絡,也不用GPS導航,就可以在狹小空間內飛行執行偵察任務。RQ-4A“全球鷹”是一種裝備了合成孔徑雷達的全天候噴氣式無人偵察機,能模仿 鳥類 或昆蟲、 爬行類 動物的外形,棲息到房間內部傳回資訊。美軍的“大鴉”和“美洲獅”無人機被設想成為一種小到可以由士兵放在揹包裡攜帶的垂直起降飛行器。其與 直升機 相似的結構,使士兵可以俯臥在地面情況下發射這種無人機。近日, 美空軍研究實驗室 宣佈正與一家科技公司合作,研製一款可以像鳥或昆蟲一樣扇動翅膀,實現“昆蟲般的機動性”,用於21世紀戰場的微型無人機。

外軍也一直在對奈米+仿生微型無人機的設計方案進行研究,製造有蟲子的眼睛,蝙蝠的耳朵,鳥的翅膀,甚至還有蜜蜂的絨毛等仿生奈米無人機,以感知生物、化學和核武器。據說,奈米微型飛行器可以分為固定翼、旋翼及撲翼式三種。單人手動即可發射,可以作為一個口袋大小的偵察單位,整個機身加上載荷的重量與一瓶 礦泉水 相差無幾,非常小巧輕便。這不,一款像個人口袋大小的“黑蜂”奈米隱身無人機,讓美軍士兵能夠立刻獲得從空中進行觀察的強大能力。據說,該機可以放在手掌上,全長僅有16。7釐米,重量約為28。3克,最快飛行速度是每小時22。5千米。用旋翼葉片飛行時,敵方很難發現,即使發現也還以為是小孩玩具或昆蟲從頭頂飛過,此時該機的熱成像和日間影象捕捉器把偵察到資訊實時傳送給使用者。美軍利用智慧系統藉助輸電線路發出的磁場,為奈米微型無人機尋找最理想的充電地點,讓無人機從電纜和其他能源上“偷”電,這樣其就能持續執行數天甚至是數週任務。2011年,美國航空環境公司推出一款名為“ 奈米蜂鳥 ”的撲翼式無人機,外形酷似蜂鳥,翅膀像紙一樣纖薄,每秒鐘能拍打20至40次。透過改變翅膀的角度和形狀對飛行姿態進行調整,它在空中的盤旋時間能超過11分鐘。這個小巧的“蜂鳥”身上安裝有微型攝像機和遙控裝置,可以從窗戶或其他小開口飛進飛出,用於室內外偵察。美軍還研製出一種“奈米蜻蜓”,翼展僅有5釐米,最高飛行速度為每秒15米,可以連續飛行15分鐘。機上安裝有電子元件、電池、攝像機、 控制器 等。

英國 開發一種“蟲子”微型無人機,並向英陸軍交付了首批30架。作為試驗的一部分,英陸軍已對其進行了測試。“蟲子”是一種微型無人機,重196克,相當於一部智慧手機的重量,電池續航時間為40 分鐘 ,續航里程為2千米。它外形尺寸很小,難以被肉眼發現,甚至能在時速超過80千米的強風中飛行,自動為部隊提供影片更新影象。

如何活捉仿生微型無人機

隨著5G、戰爭雲、AI(人工智慧)技術不斷被運用於軍事領域,無人機感知認識、分析判斷、自主決策能力不斷提升,有人與無人機一體化作戰並不遙遠,無人機將實現由偵察監視照相向人為控制、自主決策、自主打擊轉變。可以預測,未來仿生微型無人機像鳥一樣飛行,不僅可以執行低空偵察監視任務,而且還可以透過簡易裝置對要害目標投放炸藥。也可以像老鷹一樣攜帶小型威力大的殺傷性攻擊彈藥,對預先人為選定或臨時發現目標進行遙控或自主打擊。今年6月27日,美國對位於伊拉克和敘利亞邊境的建築物進行了 空襲 。今年4月以來,伊朗支援的民兵組織對美國和聯軍部隊在伊拉克的設施發動了至少5次無人機襲擊,還對美國和聯軍部隊發射了火箭彈。6月27日凌晨,印度查謨空軍基地接連發生兩起爆炸,造成建築物輕微損壞。事後調查發現,爆炸是由無人機投下的 炸彈 所致,“利用無人機對印度國防機構發動攻擊尚屬首次”。

針對未來無人機如同昆蟲大小進行飛行偵察、察打一體的特點,可以採取以下反微型無人機戰術手段:

1。“老鷹抓小機”。從古至今,人們利用 獵鷹 捕獵其他動物。現在,無人機正成為獵鷹進行捕獵的新目標。老鷹也叫鳶,是小型猛禽, 雄鳥 體長21~54釐米,雌鳥體長64~91釐米,雌鳥比雄鳥大。老鷹性情兇猛,嘴呈黃色,上嘴彎曲,腳強健有力,趾有銳利的爪,翼大善飛。基於此,外軍開始玩起“老鷹抓小機”的遊戲訓練。2015年,荷蘭軍隊開始使用禿鷹攔截無人機後,其他國家軍隊開始看到這些禿鷹翅膀的獨特優勢。2017年2月10日,在法國西南部的蒙德馬桑空軍基地,法軍開始訓練具有兇猛的捕獵能力的老鷹捕捉非法飛行的無人機。2月24日又有報道說,2015年 巴黎 發生的恐怖襲擊事件後,法空軍自2016年以來一直在蒙德馬桑空軍基地訓練4只 金雕 來攔截和摧毀具有恐怖威脅的無人機。為保護這4支老鷹免受無人機螺旋槳片和可能綁在無人機上的爆炸裝置的傷害,法空軍設計了用皮革和凱夫拉爾纖維製成的爪套來保護鷹爪。

2。佈設空中陷阱。根據微型無人機基地和重要保衛目標的位置,研究微型無人機出動的主要方向、時機,並針對其活動高度、探測能力,在其可能的活動空域上空,設定阻塞氣球、傘系鋼纜,拋射空中雷彈,堵塞無人機航路或透過飛機佈設雷障和火箭拋射地雷、發煙罐、鋼球彈等,給微型無人機佈設空中陷阱。在被保護目標的上空、敵無人機預先航路上拋射防禦氣球,遵照無線電遙控的指令,開啟備用氣瓶,氫氣自動進入氣球,使氣球迅速上升到敵無人機飛行高度。幾個氣球為一組,彼此間隔適當,便能築起一道空中的屏障,一旦敵微型無人機進入了這個區域,無疑就像進入了一個預設的陷阱一般。五角大樓的新興技術研究部門完成了一種反無人機系統的測試工作,這種系統可以將一連串的飄帶射向飛行中的微型無人機,從而讓其墜落。

3。無人機反無人機。美國國防部高階研究計劃局正在尋求透過各軍種的採購計劃將一項反無人機技術轉移到名為“機動部隊防護”的專案中,旨在利用小型無人機抵禦無人機對軍事基地或對車隊的入侵。該系統利用 X波段雷達 進行探測,能夠自動檢測和識別潛在的威脅,然後發射多種不同的小型無人機,包括多旋翼無人機和固定翼無人機,採取發射飄帶攔截方法,從而破壞敵方微型無人機的飛行狀態。前不久,美空軍成功進行無人機發射小型無人機試驗,XQ-58A“女武神”無人機使用彈艙中安裝的“通用發射管”將ALTIUS-600小微型無人機發射出去。此外,有報道說XQ-58A“女武神”無人機也可發射AGM-176“獅鷲”空地導彈、GBU-44“蝰蛇打擊”小型制導炸彈和GBU-69/B小型滑翔彈藥。

4。用簡易編織網活捉無人機。俄軍研製一種綽號為“飛網”的反無人機裝備,由簡易編織網和小型無人機組成。在使用時,俄軍無人機將編織網懸掛於機體下方,與已被俄軍偵測到的敵方無人機相向而行,用編織網在空中截停並“捕捉”敵無人機,從而達到攔截效果。該系統成本低廉,組裝難度低,卻在攔截小型無人機的行動中可產生奇效。

5。干擾通訊鏈路。通訊鏈路是無人機系統操縱的主要途徑,也是無人機的薄弱環節,因此無人機系統對電磁波干擾非常敏感,一旦受到干擾,就會導致產生錯誤的控制指令,致使其無法執行任務,甚至可能失控墜機。美軍RQ-170“哨兵”無人機被伊朗捕獲,其可能是在伊軍裝備的俄製電子戰系統干擾下被“迫降”的。俄羅斯曾向伊朗提供的一批新型 電子戰 裝置,是由電子壓制裝置和被動偵察裝置構成,主要用於偵察機載雷達和“空對地”武器上制導雷達裝置產生的電磁輻射。此外,該系統卻有能力侵入對無人機實施控制的無線通訊線路,從而干擾對此類裝備的遠端控制。針對目前無人機還未完全達到自主飛行能力,多數還需要透過地面控制站進行無線電傳輸、實時遙控和獲取戰場資訊的特點,可利用火箭發射可控定向干擾的空中雷群、金屬絲、箔條等,對無人機實施電子干擾;發射紅外誘餌彈,並使彈體爆炸後紅外誘餌的分佈呈現出防護目標的紅外輻射特徵,欺騙無人機機載的紅外成像制導系統,使其偵察監視假目標。

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