仿生机器人以翼帆空投偏远水域

“像枫树种子一样飘落，像帆船一样航行”——这句听起来像拳王阿里的名言，其实描述的是一种全新的机器人平台：它能被飞机快速投放到偏远水域，并长期留在那里监测环境。

新加坡科技设计大学（SUTD）的研究团队把这个平台命名为 ALBATROSS，全称是“带浮力自旋帆式传感器的空中着陆器”（Airborne Lander with Buoyant AuToROtating Sailing Sensor）。它是一个仿生概念机器人平台：可从飞机上空投至偏远水域，落水后自行扶正，然后利用风能自主航行。研究人员表示，现款原型机未来有望一次在海上停留数周，持续监测环境状况。

船慢、飞机短，各有短板

在茫茫大海上监测偏远区域是一个特殊的难题。船只和其他水面载具可以在目标海域长时间巡航并收集数据，但从投放点航行到目的地往往耗时很久；飞机能较快抵达目的地，却无法像水面平台那样长期驻留。研究团队提出的方案，正是想兼取两者之长。

SUTD 工程产品开发学组副主任 Foong Shaohui 教授解释说：“水面系统的好处是能留在海上，但受限于抵达目标位置所需的时间。有了 ALBATROSS，我们希望把两者的优势结合起来：用空中投放的速度快速抵达偏远水域，再用帆行的耐力在那里长期监测。”

一副翼帆，兼顾减速与航行

在实际场景中，飞机携带 ALBATROSS 飞越开阔水域，在指定区域投放。平台装有两片刚性翼帆，它们既能减缓空中下落速度，又能在水面上提供动力，因此无需另配降落伞或着陆机构。

下降过程中，翼帆像枫树种子一样被动自旋，使平台减速并保持稳定。落水后，平台依靠自身重量分布自动扶正，翼帆随即转为帆，借风力移动。机器人还配有一副受鱼尾启发的舵来控制方向。

论文第一作者 Shane Kyi Hla Win 博士说：“我们设计 ALBATROSS 的思路是利用环境，而不是对抗环境。它靠被动自旋穿过空气，靠重量分布在水中扶正，然后借风移动。这种简洁性有望带来成本更低、更易扩展的传感平台，去往难以抵达的地方。”该论文发表在 Science Robotics 上。

测试：150米空投，约3小时航行

完全入水后，ALBATROSS 仅靠三个执行器和三个导航传感器，就能在设定的航点之间自主导航。为验证这一概念，研究人员从 150 米（492 英尺）高空释放了一台原型机。它在下降中保持稳定，以较低的冲击力落水，随后自主扶正并开始航行。团队估算，若没有自旋系统，同类平台落水时承受的冲击能量将高出约 18.5 倍。

在新加坡的水库试验中，一台更大的 ALBATROSS 原型机最高航速约 1 公里/小时（0.62 英里/小时），连续运行约三小时，用板载传感器采集湿度、热量水平和风向数据。研究人员认为，该平台可用于环境监测、气候变化研究、搜救和海上安全等领域；其风力驱动方式使长时间任务只需消耗很少的能量。

下一步：从静水走向外海

到目前为止，ALBATROSS 只在受控测试环境中运行，尚未在真实开阔水域的严苛条件下接受检验。研究人员将“为真实环境测试做好准备”列为项目的下一阶段。

Foong 教授表示：“下一步是把我们在静水环境中验证的设计原则推广到公海作业，这意味着要让平台更坚固、更耐用，能应对更恶劣的海洋环境。”

未来的版本还计划配备更丰富的传感器，例如水下传感器和声呐，以及容量更大的储能系统。

来源：新加坡科技设计大学（经 EurekAlert）