美國研究人員最近開發出手掌大小的無人機，這些無人機利用蝙蝠啟發的超聲波技術和人工智能在霧、煙霧及其他挑戰性條件下導航。這項突破性研究由伍斯特理工學院（WPI）的一個團隊進行，模仿蝙蝠如何依賴簡單的回聲定位在黑暗和雜亂的環境中進行移動，並且所需的神經處理極少。這些無人機僅使用兩個微型傳感器和輕量的計算能力，能夠獨立感知周圍環境並作出決策，提供了一種低成本、高效的替代方案，取代了更重的基於攝像頭的導航系統。
根據團隊的說法，這項創新有潛力增強在危險環境中進行的搜索和救援行動，而傳統無人機在這些環境中往往表現不佳。WPI 團隊專注於自然啟發的機器人技術，從蜜蜂和蝙蝠等生物中汲取靈感，以設計出更高效的自主空中機器人。通常，無人機依賴各種傳感器、攝像頭、控制器、電源和複雜的算法來解釋環境數據並作出決策。許多無人機依賴激光雷達或雷達等技術，通過分析光或無線電波來繪製周圍環境的地圖。
雖然這些系統有效，但往往較為笨重、成本高昂且消耗大量電力，限制了無人機的飛行時間和機動性。此外，基於視覺的系統在黑暗、惡劣天氣或有煙霧的情況下表現不佳，甚至無人機螺旋槳的微小噪音也可能干擾聲音的感知。處理這些信息會消耗額外的能量，進一步降低效率。
為了解決這些挑戰，Sanket 團隊開發了一種大約六英寸寬的緊湊型 X 形四旋翼無人機，配備輕量級的超聲波傳感器。該無人機還裝有一個聲學屏障，以減少自身螺旋槳產生的噪音，從而能夠更清晰地檢測回聲。通過深度學習，團隊訓練了無人機的 onboard 電腦，以蝙蝠回聲定位為靈感，解釋微妙的超聲波回聲模式，從而讓機器人能夠“聽到”障礙物並以最低的計算量有效導航。
研究人員在戶外的樹林環境和室內充滿挑戰性障礙物的實驗室中測試了這種無人機。儘管重量僅約一磅，該無人機成功地在雜亂空間中進行了機動，顯示出超聲波引導飛行在小型低功耗空中機器人中的潛力，特別是在傳統導航系統常常失敗的環境中。
團隊在室內環境進行了具有挑戰性的測試，包括完全黑暗的環境和模擬環境危害（例如霧和雪）。儘管面臨這些困難，這款手掌大小的無人機仍能自主導航，並在每次飛行中有足夠的電池續航力約五分鐘。在180次試驗中，該無人機的成功率報告範圍在72%至100%之間，顯示出其在雜亂和視覺被遮擋的環境中機動的能力。然而，當面對非常細長的物體時，系統面臨限制。金屬杆和狹窄的樹枝因反射較弱的超聲波信號，無人機較難檢測和避開，這突顯了未來改進的方向。
展望未來，團隊設想更小、更輕的無人機版本，能充分利用低功耗的超聲波系統，從而實現更長的飛行時間。這些改進還可以提升機動性和飛行速度，進一步擴大蝙蝠啟發無人機的實際應用。這項研究預示著未來將出現能夠在挑戰傳統視覺或雷達導航系統的條件下有效運作的緊湊型高效能空中機器人。在一個真實的搜索和救援任務中，幾秒鐘的飛行時間可能意味著生死之間的差異，WPI 機器人工程系助理教授 Nitin J Sanket 在 TechXplore 的一份聲明中如是說。
