王岐朋等

仿生无人机的飞行方式高度拟合真实的鸟类

《急先锋》电影里，仿生无人机搭载着高精度侦察设备，将战斗态势实时传回指挥中心进行分析，并将结果传输到队员随身携带的终端，这种“千里眼，顺风耳”在作战行动中发挥了巨大作用，让反派吃尽苦头，也让观众们不禁浮想联翩，如果这种仿生无人机在战争中得以运用，将会释放更大潜能、产生更多新战法，甚至颠覆未来战争。事实上，仿生技术早已不止一次在人类军事科技竞争中大放异彩，只是随着科技不断发展，人们逐渐淡忘了那些大自然生物馈赠给我们的灵感。如今前沿军事科技进入瓶颈期，人类几次科技革命创新的“家底”逐渐匮乏，或许又到了人类“问道”大自然的时候。

模拟自然界飞鸟的扑翼飞行其实是人类祖先最古老的飞行之梦，中国古代就有墨子“为木鸢，三年而成”，“公输子（鲁班）削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下”的记载，后来，意大利天才艺术家达·芬奇设计了燕子扑翼式飞行器。但是，由于受当时的技术水平限制，这些古老的扑翼飞行之梦都遇到了难以逾越的鸿沟壁垒，人们不得不把目光转向了固定翼飞行器和旋转翼飞行器。

飞行之梦，永不止息。1903年，莱特兄弟驾驶着世界上第一架飞机“飞行者一号”拥抱天空，写下了飞机历史的扉页。而无人机的历史，几乎和有人机的历史一样长，但受制于早期自动控制技术和导航技术的不足，在漫长的岁月中，无人机都扮演了靶机的角色。

电影《急先锋》中的仿生无人

鲁班所造木

达·芬奇飞行器绘图手稿

早期滑翔机

俄羅斯“雪鸮”无人机

1960年代，无人机首次在战争中大规模运用，因当时技术条件限制，无人机在彼时扮演的角色非常边缘化。直到1990年代，随着计算机技术的广泛运用，无人机逐渐成为空中战场的霸主。

无人机的出现，聚焦了全世界的目光。不少国家着力研究“反无人机”技术，以专门应对无人机的攻击。比如在现代战争中，不少国家针对传统无人机比较明显的外形特征，丰富完善反侦察手段。传统无人机在外形特征上的缺陷，已经无法满足指挥员对可靠情报的需求。于是，人们再次拾起那段穿越时空、回归自然的梦想，世界上主要国家又掀起了对仿生无人机的研究热潮。

起初，人们对仿生的认知只停留在视觉、听觉等较浅的层次，仿生设计也是以外形和表征为主，形成了具有原始特色的外形模仿方式。随着新技术不断升级发展，人类认知突破了感官的边界，把目光投向生物的行为方式和生存方式，继而开辟了仿生领域的新境界。

俄罗斯研制的“雪鸮”无人侦察机可搭载高精度侦察设备，用于精确定位目标。在确定目标坐标后，无人机将使用自身装备的激光照射器瞄准摧毁敌方飞机、火炮等目标。该型无人机质量约5kg，可由单兵携带，续航时间40分钟。其外观和尺寸依照猫头鹰设计制造，涂装也力求还原，机身布满灰色斑点，欺骗性十足，还采用了复合材料，使其很难被敌方雷达捕捉。

为了提高“雪鸮”的迷惑性，科研人员还对无人机的面盘进行了1∶1高度还原。但是，无论“雪鸮”的外观如何逼真，它采取的飞行方式还是传统的固定翼滑翔，并没有成功实现猫头鹰的扑翼动作，“骗”得了一时，时间一长就会很容易被识破。

真正的仿生无人机高手当属德国的费斯托公司，其研发的“智能鸟”无人机，巧妙地让无人机长出了“翅膀”，可以完美模拟鸟类的飞行状态，依靠翅膀提供飞行动力。它的翅膀不仅可以上下拍动，还能按照一定角度进行扭转，甚至能模拟鸟类头部实现360°旋转，就连起飞与降落的姿态都模仿得惟妙惟肖。

德国费斯托公司研制的“智能鸟”无人机

神奇的“仿生蝴蝶”无人机

“仿生蝴蝶”无人机的翅膀表面

如果说“智能鸟”很科幻，那么该公司另一款明星无人机将会把你带入魔幻的世界。“仿生蝴蝶”eMotion无人机是一款气动仿生无人机，第一眼看到它，简直像是一件精美的艺术品！费斯托以大自然为灵感设计各种仿生动物机器人并且非常逼真，每一个翅膀都能独立操作。该无人机拥有蝴蝶一样轻盈的外形，并且能够展现成群结队的蝴蝶一起飞舞的效果。该无人机翼展50cm，质量仅为32g，双翼各配备微型电动机驱动，其翅膀每秒摆动1～2次。一次充电15分钟可飞行3～4分钟，速度可达2.5m/s。“仿生蝴蝶”无人机之间的通信网络，不仅可用于工厂生产的后勤组织和监控系统，也可用于组成无人机集群执行任务。

很多国家开始把目光更多地聚焦在微型仿生无人机上，特别是仿昆虫无人机。相对于结构复杂的飞鸟，昆虫的翅膀没有复杂的神经网络，一般只有翅脉，但它却将飞行所需的动力、升力和控制系统集于一体，能够调节振幅、振频和振角以应对气流变化，灵活避开突然出现的障碍物，这在军事上有很大的应用潜力！

费斯托“仿生蜻蜓”BionicOpter无人机与真正的蜻蜓一样，能够向任意方向飞行。它的四翼采用碳纤维制成，每秒可以拍打20次。精密的机械结构，仿佛把你带回到工程学设计的课堂，这款“仿生蜻蜓”无人机不但可以实现减速和急转弯，还能做到悬停和倒退，甚至能够模拟直升机！

而由荷兰代尔夫特理工大学机器人研究团队打造出的一款模仿果蝇飞行机制的DelFlyNimble四翼扑翼无人机，不仅成功拥有了像果蝇一样超灵活的飞行机制，而且单次充电最大飞行距离长达1km，速度可以达到7m/s。它还可以悬停在半空或执行各种极端动作，如俯冲和空中打滚。

“仿生蜻蜓”无人机

DelFly Nimble四翼扑翼无人机

美军装备的“纳米蜂鸟”无人机9dbl6Qv4+0Et3JPAwMsdFZooPQPBMRQ2vbe9O7SCNNU=

作为最早将无人机应用到军事领域的国家之一，美国在仿生无人机领域也是硕果累累。2009年，由美国航空环境公司研发的一种名为“纳米蜂鸟”的扑翼式无人机进入大众的视野。该超微型无人机有蜂鸟一样大小的翅膀，可在空中飞行和滑翔。这种新型超微型无人机投资210万美元，是第一种带两个翅膀的飞行器，利用翅膀进行移动和控制飞行。其质量为10g，全长不超过7.5cm，飞行速度可达到10m/s，空中飞行噪声也比同类飞行器小。美国特种部队购置了一批该类无人机用于特种作战，以协助特种部队进入有危险的室内环境清剿残敌，或为狙击队员侦察障碍物背后的情况。目前美国的扑翼型无人机已经实现小型化，可以制造出仿蜻蜓、苍蝇等微型无人机。

值得一提的是，中国在仿生无人机领域也处于世界先进水平，由西北工业大学专家领衔设计的代号“信鸽”的仿生扑翼型无人机可以混在鸟群中骗过雷达系统的侦测，真正成为肉眼和雷达都无法识别的中国“间谍鸟”。

仿生武器是一种把伪装发展到极致的战争产物，仿生无人机也不例外。当人们运用一定手段将具有迷惑性的羽毛或涂料与仿生技术完美融合，达到肉眼或者侦测难辨真假的程度，就会让仿生武器焕发新活力。

近年来，随着战场环境的迅速变化，智能算法的广泛运用，侦察情报处理的速度得到質的飞跃。传统的迷彩光学伪装图案设计已不能满足伪装要求，研究人员正在研究破解生物遗传进化的基本机理，希望利用遗传算法对伪装图案进行优选复制、交叉繁殖和变异繁殖等仿生化处理，改进传统伪装图案设计方法，提高伪装效果。

我国研制的“信鸽”无人机

仿生无人机运动方式及外观与海鸥高度相似

仿生昆虫无人机

仿生无人机的物理结构设计

设想有一天，边境线上飞来一群迁徙的大雁，而这个时而排成“一”字时而排成“人”字的雁群中，有一只是仿生大雁，它能逼真到骗过真实的大雁，混入雁群。这只“大雁”时而在剑拔弩张的军事基地悠游自在肆意侦察，时而驻足停息站在枝头晒太阳补充能源。

在军事基地附近，正有一群苍蝇在空中盘旋，一哄而散。其中一只“苍蝇”通过下水管道、通风口飞进基地的办公室，完成它该完成的使命;一只“麻雀”站在大型动力设备的电线上，在火线和零线之间搭了一条美妙的弧线，“啪”的一聲，伴随着“麻雀”羽毛烧焦，所有电源全部损毁;领空受到侵犯，战机紧急起飞，跑道上却飞来一群“白鸽”，飞行任务只好被迫延时……

或许，经历过这样的战争再也没有一个人能够坦然面对身边的飞鸟昆虫了，军事基地的营墙也会拉起高大的电网阻拦飞鸟，甚至连一只苍蝇都不能放入营门。

当这些电影中的画面真实出现在现实中，我们将会感叹，战争已经被颠覆！据报道，有关国家找来试验人员对仿生无人机进行测试。当这些“飞鸟”从空中对地面人员进行监测时，试验人员只会认为从他们上方飞过的是普通鸟类，并没有起丝毫疑惑。

可以预见，随着前沿技术的不断发展，类似在科幻大片中才能看到的场景，将会逐步照进现实。不久的将来，各种“形神兼备”的仿生无人机将从实验室走向战场，在丛林地带、边境巡逻、高原侦察、城市巷战、特战等场景中发挥重要作用。

仿生无人机无疑是当今无人机研究领域的一片“蓝海”。脱去伪装的外壳，它是凝结了人工智能技术、深度学习技术、新材料技术、新能源技术的科技结晶。通过赋予其类似于动物的外形样貌甚至声音等特征，来减弱其机器人的本质属性，从而执行各类特殊任务。仿生无人机因其体形小、隐藏性好、灵活机动，能够较好适应复杂多变的战场环境，可出色执行侦察、干扰和攻击等作战任务，军事应用价值极大。

酷似鸟类或者昆虫的外形，给仿生无人机执行侦察任务带来了巨大的优势。由于体积小，且多采用复合材料，因此仿生无人机很难被雷达捕捉，即使被探测到也会被其“生气勃勃”的外表所迷惑而被忽略，这样就能够成功抵近目标，实施近距离侦察探测。

对于扑翼型仿生无人机，主要通过微型发动机带动机翼产生升力与推力，无需额外加装螺旋桨或者喷气推进装置，这样飞行所产生的声音就能够被最大程度地降低。如果在夜间进行侦察，敌人更加难以识别与发现。

仿生无人机的扑翼运动方式

仿生无人机上携带着各种微型设备

仿生无人机依靠芯片等微型电器元件传播信号

仿生无人机尺寸微小

除此之外，通过模仿动物的飞行方式，扑翼型无人机只需调整机翼适应不同的气流，就可在狭窄的空间里活动自如。因此在未来的城市战场和反恐作战行动中，该类型无人机将会得到更广泛的应用，成为战场“千里眼”。

仿生无人机无论在军事领域还是民用领域都有极大的发展前景，但是和其他前沿科技产品一样，它们也存在很多亟待解决的问题，比如续航能力不足、灵敏度较差。

目前研发的仿生无人机大多采用电池供电和借助空气升力两种方式提供飞行动力。借助空气对流获得升力的方式对环境的要求较高，采用锂电池、太阳能薄膜供电等方式提供的能量有限，因此需要进一步研究动力来源或提升电池的储能效率。

另外，由于仿生无人机一般体形小巧，材质轻盈，在驻足启动、变化路线、发射回收等环节，很容易受自然环境的影响，操作控制较为困难。需要加强对飞行控制系统鲁棒性和抗干扰性的研究，也可以借助人工智能技术加快实现自主导航、自主避障、智能操控等功能。

随着5G时代的到来，新技术所带来的科技潜力将会推动仿生无人机不断发展。如我国大疆公司正在研究利用云技术分析无人机传感器传回的数据，以此来解决无人机敏感度低的问题。

时代的浪潮滚滚向前，科技创新的脚步一刻未息，在无人化、智能化为主导的未来战场，仿生无人机必将越来越趋于成熟，也必将被越来越多的国家重视。如何在关键领域解决卡脖子的难题，将会是我国在未来无人战场能否取得主动权的先决条件。相信在不久的将来，电影《急先锋》中的场景将会成为现实，而仿生无人机也会成为一柄我国维护国家主权与安全，维护世界和平与稳定的利剑。

编辑/吴潇