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仿生无人平台:陆海空谁领风骚?

德国费斯托(FESTO)公司的仿生机器人系列之“智能小鸟”
德国FESTO公司的仿生机器人系列之“蜻蜓”微型仿生直升机

现代作战对情报侦搜尤为重视,这一军事需求即为仿生无人平台开启了更大的发展空间。

仿生无人平台虽然目前在全球防务和安全市场上尚未大量涌现,但其使用效果已越来越得到肯定。像美国国防高级研究计划局和麻省理工学院这类研究机构,以及卡内基梅隆大学这类研究型大学,一直致力于设计和改进能够模仿包括鱼类、昆虫等动物的自由活动,能在陆、海、空不同自然环境下有效活动的无人平台。

尽管目前的仿生机器人还没有达到足以适合在现代作战环境下使用的成熟程度,但在这一领域的持续研究和发展即将呈现出巨大的应用能力,如为专业部队提供隐蔽执行情报搜集、监视和侦察行动的能力。

“幽灵游泳者”仿生无人艇的仿生设计使之能够以和鱼一样的方式驱动航行,并且还具有同样较低的噪声特征,适于执行隐蔽任务

一马当先:海上仿生无人艇

目前正在研发中的较为成熟的仿生项目之一是美国海军的“无声尼莫”(尼莫为美国动画片《海底总动员》中的一只小丑鱼)计划,其旨在研制一种模仿金枪鱼摆动的自主式水下机器人,实际上就是一种间谍式仿生无人艇,用以执行情报侦搜任务。该项目由美国海军作战部长领导的速成技术革新小组承担,成为美国海军和国防部在水上和水下作战以及空中和地面环境下开发利用仿生技术的大型项目的一部分。

“无声尼莫”仿生无人艇,又称“幽灵游泳者”仿生无人艇,其由波士顿动力公司(2013年被谷歌公司收购)设计,长约1.52m,质量约45.4kg。可在100m深的水下隐秘活动,执行一系列特定任务。其由摆尾和尾鳍驱动,有独立的集成载荷仓,配备有用于情报监视与侦察任务的传感器载荷,以及用于定位数据的全球定位系统和声呐装置。出于技术保密考虑,对于续航时间这类关键数据,项目负责人目前尚未透露。

“幽灵游泳者”仿生无人艇正在进行测试中

“幽灵游泳者”仿生无人艇于2014年12月在弗吉尼亚州的利特尔·克里克-福特·斯道瑞联合远征基地完成测试,成功验证了其自主对抗能力以及适应水流和潮汐状况的海上和濒海环境隐蔽活动的能力。据美国政府的一个消息来源称,其生物仿生性能提高了其在低可视环境下执行情报监视与侦察任务的安全性。

另据该项目主管托马斯·麦克纳称,继2014年12月测试完成之后,研发工作的下一阶段工作包括感知与规避传感器载荷的集成。目前,“幽灵游泳者”还只能用150m长的系绳与母舰相连活动,向控制台往返发送与接收数据。因此,对障碍探测和规避的感应与控制技术将是有待集成的下一项技术。

“幽灵游泳者”活动敏捷,转向半径小,并且比较安静,适于隐蔽任务。波士顿动力公司致力于该仿生无人艇的开发,就是要通过发觉和利用水族生物的生物学原理来开发更加敏捷、有效和隐形的水下载体。

“幽灵游泳者”还将继续进行改进,直到其成为一个超越传统无人驾驶水下航行技术的可行性产品。美国海军旨在装备能执行更长任务时间和足以克服海洋流速的无人作战系统,这两项指标都与美国海军作战部长提出的提高水下载体持久力的要求直接相关。

突飞猛进:空中仿生无人机

仿生技术是微型无人机和纳米无人机设计和开发需要考虑的一个非常关键的因素,尤其是模仿鸟类/昆虫的躯体和视觉的仿生技术。

美国航空环境公司的“纳米蜂鸟”无人机飞行速度可高达18km/h,并能够上下左右运动

美国联邦航空管理局无人技术关键研究改进试验机构之一的俄克拉荷马州大学发言人称,微型无人机和纳米无人机的重要特征是能够与其周围环境协调,能在执行任务期间不易被发现,为此,仿生的微型无人机和纳米无人机从远处看时一个个都长得像各种类型的鸟一样。然而,这些外观的变化大多都对性能有影响。

美国陆军研究、发展及工程司令部下属的陆军研究试验室目前正与工业部门和学术界合作,提高无人机的自主技术水平,最终使部队能够使用微型无人机获得态势感知能力。目前,一个由陆军研究试验室牵头的称为微型自主系统与技术联盟的集团,正在合作开发小型的自主平台以及相应传感器、电子设备。

2012年11月,美国陆军的基础研究项目获得一项5年延续合同,每年价值约750万美元,按此续约,研究工作将持续到2017年底。美国国防高级研究计划局、美国海军和美国陆军工程兵合作,该项研究工作一直把重点放在采用仿生技术,使微型无人机能够使用尾部和附件捕获、发布目标回波。

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