受蝙蝠启发的微型无人机，如何在黑暗和暴风雨的条件下拯救生命

排行榜 2025年11月01日 22:38 3 admin

美国研究团队成功开发掌心大小的仿生无人机，通过模拟蝙蝠回声定位系统实现黑暗环境自主飞行，有望彻底改变恶劣条件下的搜救作业模式。

当灾难降临，电力中断，浓烟弥漫，传统搜救设备陷入困境时，一种全新的救援力量正在崭露头角。伍斯特理工学院的研究团队通过模仿蝙蝠的生物特性，开发出能够在完全黑暗和恶劣环境中自主飞行的微型无人机，这项技术突破为紧急救援领域带来了前所未有的可能性。

在机器人工程助理教授尼廷·桑克特的实验室里，研究人员面临的是一个现实而紧迫的挑战：如何让救援设备在最需要的时候发挥作用。正如桑克特所指出的，当地震或海啸发生时，电力系统往往最先受损，而救援行动通常需要在夜间展开，不能等到天亮才开始寻找幸存者。

2025 年 10 月 20 日星期一，科林·贝尔福（Colin Balfour）是一名学习机器人工程的二年级学生，在马萨诸塞州伍斯特市伍斯特的伍斯特理工学院的一个实验室驾驶一架小型无人机。图片来源：美联社照片/查尔斯·克鲁帕

这一现实需求促使研究团队将目光投向了自然界最杰出的夜间飞行专家——蝙蝠。这些有翼哺乳动物凭借高度复杂的回声定位系统，能够在完全黑暗的环境中精确导航和捕食。研究团队在美国国家科学基金会的资助下，致力于将这种生物学奇迹转化为实用的工程技术。

技术突破与创新设计

传统无人机在搜救应用中存在诸多局限性，包括体积庞大、成本昂贵、依赖视觉导航系统以及在恶劣天气条件下性能受限等问题。桑克特团队开发的仿生无人机则采用了完全不同的技术路径，通过模拟蝙蝠的回声定位机制实现了革命性的性能提升。

这些掌心大小的无人机主要由廉价的业余级材料制造，配备了与公共洗手间自动水龙头类似的小型超声波传感器。通过发射高频声音脉冲并分析回声信号，无人机能够准确检测飞行路径上的障碍物，实现真正的无视觉自主导航。

2025 年 10 月 20 日星期一，马萨诸塞州伍斯特市伍斯特市伍斯特理工学院实验室的模拟夜间飞行中，科林·贝尔福（Colin Balfour）是一名学习机器人工程的二年级学生，驾驶一架小型无人机进行模拟夜间飞行。图片来源：美联社照片/查尔斯·克鲁帕

在最近的技术演示中，研究团队展示了无人机在极端条件下的卓越性能。当实验室关闭所有照明设备，仅保留微弱的红光，并在空中释放雾气和模拟雪花时，无人机仍能准确识别前方的透明玻璃墙并及时避让。这种在完全黑暗和视觉干扰环境中的稳定表现，标志着无人机技术在恶劣环境适应性方面的重大突破。

然而，技术开发过程并非一帆风顺。研究团队发现，无人机螺旋桨产生的噪音会严重干扰超声波信号的接收和处理，这一问题通过3D打印定制外壳得以解决，有效降低了声音干扰。此外，团队还运用人工智能技术训练无人机学会过滤和解释复杂的声音信号，提高了回声定位系统的精确度和可靠性。

搜救应用的现实价值

无人机在现代搜救行动中的价值已经得到广泛验证。近期的实际案例充分说明了这一点：巴基斯坦的紧急救援人员利用无人机成功定位了洪灾中被困在屋顶的民众；在加利福尼亚州，救援队通过无人机技术找到了被困在瀑布后方两天的男子；加拿大的矿难救援中，无人机为被困地下超过60小时的三名矿工提供了关键的路线指导。

2025 年 10 月 20 日星期一，马萨诸塞州伍斯特市伍斯特市伍斯特理工学院的一个实验室，科林·贝尔福（Colin Balfour）是一名学习机器人工程的二年级学生，在一架小型无人机上检查旋翼。图片来源：美联社照片/查尔斯·克鲁帕

尽管无人机在搜救领域的应用日益普及，但弗吉尼亚理工大学副教授瑞安·威廉姆斯指出，目前的应用主要依赖人工操作的单个机器人。真正的技术突破在于开发能够成群部署并自主决策的空中机器人系统。威廉姆斯表示，完全自主的无人机搜救系统目前几乎为零，这正是未来发展的关键方向。

威廉姆斯的研究团队正在通过创新方法解决这一挑战。他们利用数千起失踪人口案例的历史数据创建预测模型，分析人们在森林中迷路时的行为模式，从而优化无人机的搜索策略。这种数据驱动的方法使无人机能够在找到失踪人员概率最高的区域进行重点搜索，显著提高了救援效率。

2025 年 10 月 20 日星期一，机器人工程助理教授 Nitan Sanket 在马萨诸塞州伍斯特的伍斯特理工学院实验室描述了一架微型无人机上的组件。图片来源：美联社照片/Charles Krupa

桑克特的仿生无人机项目则从另一个角度解决了现有技术的局限性。传统搜救机器人主要在白天和良好视觉条件下工作，而实际的搜救任务往往发生在最恶劣的环境中。正如桑克特所强调的，搜救工作本质上是枯燥、危险和肮脏的任务，经常需要在黑暗中进行。

技术挑战与未来展望

2025 年 10 月 20 日星期一，机器人工程专业的学生在马萨诸塞州伍斯特的伍斯特理工学院实验室更换微型无人机的电池。图片来源：美联社照片/Charles Krupa

尽管取得了显著进展，但要完全匹配蝙蝠的自然能力仍面临巨大挑战。蝙蝠能够通过收缩和压缩肌肉来选择性接收特定回声信号，并在数米距离外检测到细如人类头发的微小物体。这种精密的生物机制远超现有技术水平。

桑克特坦承，人工技术与自然界的成就还有很大差距，但他对未来充满信心。研究团队的目标是持续改进技术，最终实现在实际野外环境中的大规模部署应用。

这项技术的潜在影响远不止于搜救领域。在建筑物检查、环境监测、农业巡查等多个应用场景中，能够在恶劣条件下自主飞行的小型无人机都具有重要价值。随着传感器技术的不断进步和人工智能算法的持续优化，这些仿生无人机有望在更多领域发挥关键作用。

当前的研究成果为无人机技术的发展开辟了新的方向，从传统的视觉导航转向多模态感知系统，从单机作业转向群体协同，从人工操控转向完全自主。这些技术进步不仅将提高搜救行动的效率和安全性，更将为人类在极端环境中的生存和救援能力提供强有力的技术支撑。

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