無人機：一架會飛的“傳感器”

隨著全球鷹被伊朗人擊落，無人機對新一代技術(shù)的運用更加引起人們關(guān)注。

為了能更好地控制無人機的飛行，各種傳感器的運用對其飛行能力起到了十分關(guān)鍵的作用。大多數(shù)人將無人機稱為一架會飛行的“傳感器”。據(jù)半導(dǎo)體應(yīng)用網(wǎng)了解，無人機的慣性測量單元（IMU）、氣壓傳感器、地磁傳感器、應(yīng)用特定型傳感器節(jié)點（ASSN）和傳感器數(shù)據(jù)融合的精度等等對其飛行性能有著直接且實質(zhì)的影響。

在持續(xù)提升無人機飛行性能的道路上，研究人員們開發(fā)了各種各樣的新型傳感器。

受到貓科類動物的啟發(fā)，其胡須可以通過偵測氣流的變化起到導(dǎo)航作用，上個月在ICRA，來自澳大利亞布里斯班昆士蘭大學(xué)的Pauline Pounds研究出了一款應(yīng)用于無人機的胡須——新型晶須傳感系統(tǒng)。

這樣一款微小、便宜而又靈敏的傳感器系統(tǒng)能夠感知環(huán)境，以便無人機能夠機動地避免諸如湍流的危險，研究人員的目標(biāo)是在黑暗、塵土飛揚或煙霧彌漫的空間中使得微型飛行器能夠安全的飛行。

據(jù)了解，晶須陣列非常敏感，實際上它可以檢測到低至3.33微牛頓的力，這使得研究人員不得不在實驗室屏住呼吸，因為一旦呼吸稍有用力就會在測量時嚴(yán)重地干擾到晶須陣列的測量。

不過，正是這種靈敏度使得晶須陣列能夠探測到物體在移動過程中所產(chǎn)生的空氣流，雖然不能立即使無人機實際停止，但可以及時采取其他措施保護無人機自身，比如切斷電機的動力。此外，晶須也可用于測量流體流量（代表通過空氣的速度），當(dāng)然，在低速時它們也可用作接觸傳感器。

根據(jù)介紹得知，整個晶須陣列的制作也比較簡單，將一團ABS塑料加熱后拉成像太妃糖一樣的細(xì)長纖維。每個晶須底部的ABS斑點粘在3D打印的負(fù)載板上，負(fù)載板又連接到三角形排列的力墊（實際封裝的MEMS氣壓計）。四晶須陣列的材料成本約為20美元，重量僅為1.5克。除了無人機以外，在黑暗、多塵或煙霧環(huán)境中運行的小型機器人也可以利用這些傳感器，能夠有效避免使用昂貴的相機和激光雷達系統(tǒng)。

不僅是貓科類動物，近日外媒報道，普渡大學(xué)(Purdue)研究人員通過蜘蛛、蝙蝠、鳥類和其他動物的傳感器得到了一些靈感，來幫助提高自動駕駛汽車和無人機的能力，使它們擁有更好的傳感能力，可以更快地處理感官信息，更好地檢測與避開物體，提供更有效、更靈敏的危險避免系統(tǒng)。

研究人員解釋說，蜘蛛、蝙蝠或鳥類本身的傳感器非?？?，它們之所以能夠如此快速地處理數(shù)據(jù)，原因之一是這些動物并不需要處理所有的數(shù)據(jù)，它們只需響應(yīng)威脅安全的信息并做出反應(yīng)。據(jù)稱，研究人員開發(fā)的新傳感器就是由生物的神經(jīng)末梢與稱為機械感受器的特殊神經(jīng)元相關(guān)聯(lián)。研究人員希望它能以類似的方式反應(yīng)，將傳感器集成到自動機器的外殼中，比如機翼或車身，選擇性地處理信息，減少信息處理量并提高處理速度。

據(jù)介紹，新型傳感器材料被設(shè)計成在外力作用下快速改變形狀。形狀的改變使材料內(nèi)部的導(dǎo)電粒子相互靠近，從而使電流通過傳感器并攜帶信號。研究人員說：“借助機器學(xué)習(xí)算法，我們可以以最小的能耗訓(xùn)練這些傳感器來自主工作，制造各種尺寸的傳感器也是沒有障礙。”

無人機傳感器市場正在快速增長，根據(jù)此前IHS Markit的數(shù)據(jù)顯示，無人機和玩具直升機中MEMS運動傳感器（即加速度計、陀螺儀、IMU和壓力傳感器）的市場至2021年預(yù)計將達到約7000萬臺，而其2018至2021復(fù)合年增長率可達到17％。

傳感器之外，在系統(tǒng)層面利用軟件開發(fā)，通過融合各種傳感器讀數(shù)可以實現(xiàn)特定的功能，硬件與軟件工具的結(jié)合，使得無人機具有更好的可靠性、安全性與操作性。隨著無人機研制、生產(chǎn)成本不斷降低，其應(yīng)用范圍日益廣泛，具有旺盛的市場需求和廣闊的發(fā)展前景。其中，傳感器作為無人機的一個重要組成部分，將會隨著無人機的發(fā)展呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。