無(wú)人機：一架會(huì )飛的“傳感器”

隨著(zhù)全球鷹被伊朗人擊落，無(wú)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(wú)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。大多數人將無(wú)人機稱(chēng)為一架會(huì )飛行的“傳感器”。據半導體應用網(wǎng)了解，無(wú)人機的慣性測量單元（IMU）、氣壓傳感器、地磁傳感器、應用特定型傳感器節點(diǎn)（ASSN）和傳感器數據融合的精度等等對其飛行性能有著(zhù)直接且實(shí)質(zhì)的影響。

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

受到貓科類(lèi)動(dòng)物的啟發(fā)，其胡須可以通過(guò)偵測氣流的變化起到導航作用，上個(gè)月在ICRA，來(lái)自澳大利亞布里斯班昆士蘭大學(xué)的Pauline Pounds研究出了一款應用于無(wú)人機的胡須——新型晶須傳感系統。

這樣一款微小、便宜而又靈敏的傳感器系統能夠感知環(huán)境，以便無(wú)人機能夠機動(dòng)地避免諸如湍流的危險，研究人員的目標是在黑暗、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。

據了解，晶須陣列非常敏感，實(shí)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(shí)驗室屏住呼吸，因為一旦呼吸稍有用力就會(huì )在測量時(shí)嚴重地干擾到晶須陣列的測量。

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

根據介紹得知，整個(gè)晶須陣列的制作也比較簡(jiǎn)單，將一團ABS塑料加熱后拉成像太妃糖一樣的細長(cháng)纖維。每個(gè)晶須底部的ABS斑點(diǎn)粘在3D打印的負載板上，負載板又連接到三角形排列的力墊（實(shí)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?jì)H為1.5克。除了無(wú)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。

不僅是貓科類(lèi)動(dòng)物，近日外媒報道，普渡大學(xué)(Purdue)研究人員通過(guò)蜘蛛、蝙蝠、鳥(niǎo)類(lèi)和其他動(dòng)物的傳感器得到了一些靈感，來(lái)幫助提高自動(dòng)駕駛汽車(chē)和無(wú)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(kāi)物體，提供更有效、更靈敏的危險避免系統。

研究人員解釋說(shuō)，蜘蛛、蝙蝠或鳥(niǎo)類(lèi)本身的傳感器非?？?，它們之所以能夠如此快速地處理數據，原因之一是這些動(dòng)物并不需要處理所有的數據，它們只需響應威脅安全的信息并做出反應。據稱(chēng)，研究人員開(kāi)發(fā)的新傳感器就是由生物的神經(jīng)末梢與稱(chēng)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(lèi)似的方式反應，將傳感器集成到自動(dòng)機器的外殼中，比如機翼或車(chē)身，選擇性地處理信息，減少信息處理量并提高處理速度。

據介紹，新型傳感器材料被設計成在外力作用下快速改變形狀。形狀的改變使材料內部的導電粒子相互靠近，從而使電流通過(guò)傳感器并攜帶信號。研究人員說(shuō)：“借助機器學(xué)習算法，我們可以以最小的能耗訓練這些傳感器來(lái)自主工作，制造各種尺寸的傳感器也是沒(méi)有障礙?！?/p>

無(wú)人機傳感器市場(chǎng)正在快速增長(cháng)，根據此前IHS Markit的數據顯示，無(wú)人機和玩具直升機中MEMS運動(dòng)傳感器（即加速度計、陀螺儀、IMU和壓力傳感器）的市場(chǎng)至2021年預計將達到約7000萬(wàn)臺，而其2018至2021復合年增長(cháng)率可達到17％。

傳感器之外，在系統層面利用軟件開(kāi)發(fā)，通過(guò)融合各種傳感器讀數可以實(shí)現特定的功能，硬件與軟件工具的結合，使得無(wú)人機具有更好的可靠性、安全性與操作性。隨著(zhù)無(wú)人機研制、生產(chǎn)成本不斷降低，其應用范圍日益廣泛，具有旺盛的市場(chǎng)需求和廣闊的發(fā)展前景。其中，傳感器作為無(wú)人機的一個(gè)重要組成部分，將會(huì )隨著(zhù)無(wú)人機的發(fā)展呈現出爆發(fā)式增長(cháng)。