媒体报道
香港大公报:这只“深圳智造”的仿生飞鸟 已探讨投入机场驱鸟应用
发布时间:2019-03-01 12:20:49 52

大湾区规划纲要提出,将创新机制、完善环境促进科技成果转化。由哈工大(深圳)师生自主研发的仿生扑翼飞行机器人“凤凰”就是科创成果走出实验室,进入大众视野的最佳诠释。在猪年央视春晚深圳分会场上,40只“五彩凤凰”上演了一场“凤凰来仪”的美妙表演,流畅的展翅、回旋、攀升等高难度动作令人惊叹。据透露,这只“深圳智造”的仿生飞鸟,未来将在灾害救援、机场驱鸟等领域具有更广阔的市场前景。

美丽“凤凰”的研发者—哈工大(深圳)机电工程与自动化学院徐文福教授团队接受了大公报记者专访。在实验室里,记者看到了大大小小数十个不同类型的仿生扑翼飞行机器人,其中2只色彩艳丽的“凤凰”最为亮眼。这些“凤凰”翼展长2米,每只的重量仅约670克,能抵御3-4级风正常飞行,是全国翼展最大、飞行时间最长、负载能力最强的扑翼飞行机器人。

最强大型扑翼飞行机器人

徐文福介绍,与固定翼、旋翼无人机相比,“凤凰”的运动原理有很大不同。它完全模仿大型鸟类的飞行方式,依靠扑动翅膀产生推力和升力,通过尾部控制方向、实现转弯,其中包含空气动力学、飞行力学、仿生学、材料学、电气和控制理论等多门学科的融合创新成果。在相同的机体重量和能源容量条件下,它可飞行更长时间,最长可达一个小时。因而它在抗风能力、带载能力、巡航能力等方面均有优势,市场前景广阔,军用领域有军事侦察、反恐防暴;民用领域有环境探测、灾害救援、机场驱鸟等。

扑翼飞行器的规模往“小”“大”两级发展上难度都会增加很多。“目前国内外在15cm尺寸规模的研究相对较成熟,但其飞行时间、抗风能力、带载能力都有极大限制。项目组瞄准200cm以上翼展的大型扑翼飞行机器人,即是为了满足未来户外、远程、带载的应用需求。”徐文福介绍,8年前自己开始这一方向的研发时国内同业者很少,规模也较局限在翼展60cm内的中型尺寸。

已探讨投入机场驱鸟应用

在徐文福看来,此次获邀参演央视春晚,是高校科研创新项目的全新应用与探索,不仅助力深圳分会场突出科技、时尚、创新的城市气质,展示改革开放再出发的精彩与活力,且对该项科研技术的进一步改进与研究提供了新方向。未来在建设国际科技创新中心中,能将新材料,新能源,智能芯片等技术用於扑翼机器人的优化,进一步提高其功能和性能,使其在全球范围内得到推广和应用,更好的服务於大湾区建设。

徐文福表示,粤港澳大湾区规划中,对海洋智能装备技术极其重视,扑翼机器人可用於湾区海洋自然环境的监测和保护,包括各种鸟类的长期观察、研究,以及海面水质、海岸森林、船只、海洋渔业的探测和研究,做到融入自然,研究自然,利用自然。同时,扑翼机器人技术可在最大程度保护生态环境的基础上,用於机场驱鸟来保证航空安全,助力湾区国际机场群建设。目前已有机场驱鸟公司前来接洽团队,有意投入实际使用。

此外,扑翼机器人作为高校的高科技科研成果,涉及科研机构,教育机构,核心部件上下游产业链,可以很好的实现产学研高度融合,新技术用於改进科研成果,并将之发挥产业作用,培养大批高科技人才,为大湾区提供智力支持。

百名师生协作 50天创奇迹

在央视春晚深圳分会场及大年初二的“拥抱春天—2019深圳春节联欢晚会”中,“凤凰迎春”都有惊艳亮相,其成功与幕后上百名师生们的努力付出密不可分。

2018年12月18日,学校正式接到演出任务。哈工大(深圳)智能机器人创新技术实验室飞鸟组的第一件事就是根据导演组提出的“尺寸大、外观美、数量多”的要求开展样机改造,其中重要的环节是翅膀的重新设计。“以前的翅膀设计以飞行效率最高、结构最稳定为目标,表演则需要侧重鸟的外观和形状美观,几乎牵涉到整机的调整。”潘尔振说。经过不到一周日夜不停的努力,适合参演的“凤凰”参数全部设计完成,包括翅膀形状与外观、抗风能力、飞行稳定性、续航能力和载重能力、扑动时运动的优雅性等方面。

“凤凰”第一次走出实验室进入大众舞台,面临的第二个创新挑战就是要在短时间内实现小批量量产,还要根据舞台需要不断优化设计、提升性能和表现力。团队成员实地调研了珠三角地区40多家产业链配套企业,由於临近春节很多工厂已经停止接单,在对比了数十家工厂后选定了深圳、虎门和东莞的数家作为最终的合作商,其中深圳负责机械加工工艺,东莞是制作外壳泡沫壳体,外观喷涂是在虎门,最终克服重重困难批量量产。

50多天的精心筹备,从亲自组装“凤凰”、训练操控飞手、通宵达旦排练,到最终40只“凤凰”翱翔春晚舞台,他们的努力工作获得导演组和观众的肯定。“再辛苦也值得了。”主要技术负责人之一、哈工大(深圳)机电工程与自动化学院2015级机械工程博士生潘尔振说。

“凤凰”从深圳飞出并非偶然,早在3年前的高交会上,哈工大(深圳)的仿生扑翼机器人等相关科研技术就已受到业界关注。近年来,学校在科研攻关、创新载体等多方面捷报频传,历年累计承担各类科研项目近3000项,发表SCI检索3600余篇,授权专利500余项。包括5个“一室两区”国家级重点实验室和3个院士平台在内的重点实验室集群等项目建设加速。

“可以说这款仿生扑翼机器人技术目前在国内是处於领先地位的,其研发成功和实现小型量产离不开三大助力,首先是高校优势,多个学科交叉研究能更好的解决系统的设计,从功能性方面实现尖端突破。同时,在国家项目的资金支持和国家级的专家资源帮助下,不断的对技术方案进行优化,包括对翅膀、尾翼、机架、动力组件等模块的实际制作和测试,对关键工艺进行了改进并制定了标准化的流程,为实现批量生产提供了条件。最后就是得益於大湾区产业配套完善、人工成本低、加工工艺好,才能迅速解决问题。”徐文福说。

据透露,今年实验室将重点研发解决扑翼机器人的自主飞行控制问题,为群体自主编队奠定基础。同时,考虑云台的小型化,提高防抖精度,逐步为今后向消费级民用方面发展做努力,譬如能用扑翼机器人来遛鸟,科普学习或者航拍。“更长远的计划就是希望能在未来10-20年研发出鸟机自然交互技术,从生物的角度去做机器,更逼真,达到真鸟和假鸟之间能相互‘交流’。”

“凤凰寨”工棚通宵达旦攻坚

“凤凰”项目组的休息工棚有个非常武侠的名字—“凤凰寨”,每一只训练失败后掉落的“凤凰头”都是他们克服训练困难的“精神图腾”。“我到现在都还记得几位同学把摔坏的‘凤凰头’作为装饰,整整齐齐的黏在工棚门口,每次忙完训练进工棚的时候看到那一排欢乐吉祥的‘凤凰头’都能让紧张忙碌的心情得到一些缓解与调整。”2018级机械工程硕士研究生王元鹏告诉记者。

第一次参加如此大规模的舞台表演,对所有人来说都是一项不小的挑战。“训练中最大的困难就是前方飞手们需要克服舞台现场的不利条件,对飞鸟凤凰进行熟练操控训练。”担任“凤凰”翅膀制作负责人的2016级控制科学与工程博士生刘天亮说,舞台现场实操空间小,入口窄、“凤凰”数量多,只能通过不断的训练和修改飞行方案及策略来适应现场的环境。

同时,受后台空间限制,飞手仅能在舞台大屏幕后操控,视线受到严重遮挡;强弱不定的灯光、晃眼的背景更考验了飞手的判断力。“前期在学校准备时每天调试训练近十小时,到了分会场每天从早上排练到深夜,甚至从深夜通宵到第二天早上。”2017级机械工程硕士研究生梁旭表示。“排练很累,压力也不小,但没有一个人喊苦。”

演出现场环境复杂、障碍物多、遥控信号干扰大,也对“凤凰”的飞行造成了挑战,学校实验室连夜组织攻关,最后更引进了新一批更加先进的遥控器攻克难题。“在第3次正式?排的时候,多只凤凰终於能够按需求第一次成功地飞进舞台、完成指定表演任务并成功退场,整个团队都沸腾了,大家激动地宣泄着压力和情绪,彷佛这一刻留下的只有荣耀。”2017级机械工程博士徐晖说。

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