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無人機(jī):一架會(huì)飛的“傳感器”

2019-07-16 10:46 半導(dǎo)體應(yīng)用

導(dǎo)讀:隨著無人機(jī)的傳感器規(guī)模和應(yīng)用范圍正在蓬勃發(fā)展,無人機(jī)傳感器市場也快速增長,為了能更好地控制無人機(jī)的飛行,各種傳感器的運(yùn)用十分關(guān)鍵。

為了能更好地控制無人機(jī)的飛行,各種傳感器的運(yùn)用對其飛行能力起到了十分關(guān)鍵的作用。大多數(shù)人將無人機(jī)稱為一架會(huì)飛行的“傳感器”。據(jù)半導(dǎo)體應(yīng)用網(wǎng)了解,無人機(jī)的慣性測量單元(IMU)、氣壓傳感器、地磁傳感器、應(yīng)用特定型傳感器節(jié)點(diǎn)(ASSN)和傳感器數(shù)據(jù)融合的精度等等對其飛行性能有著直接且實(shí)質(zhì)的影響。

在持續(xù)提升無人機(jī)飛行性能的道路上,研究人員們開發(fā)了各種各樣的新型傳感器。

受到貓科類動(dòng)物的啟發(fā),其胡須可以通過偵測氣流的變化起到導(dǎo)航作用,上個(gè)月在ICRA,來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(yīng)用于無人機(jī)的胡須——新型晶須傳感系統(tǒng)。

這樣一款微小、便宜而又靈敏的傳感器系統(tǒng)能夠感知環(huán)境,以便無人機(jī)能夠機(jī)動(dòng)地避免諸如湍流的危險(xiǎn),研究人員的目標(biāo)是在黑暗、塵土飛揚(yáng)或煙霧彌漫的空間中使得微型飛行器能夠安全的飛行。

據(jù)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(yàn)室屏住呼吸,因?yàn)橐坏┖粑杂杏昧蜁?huì)在測量時(shí)嚴(yán)重地干擾到晶須陣列的測量。

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

根據(jù)介紹得知,整個(gè)晶須陣列的制作也比較簡單,將一團(tuán)ABS塑料加熱后拉成像太妃糖一樣的細(xì)長纖維。每個(gè)晶須底部的ABS斑點(diǎn)粘在3D打印的負(fù)載板上,負(fù)載板又連接到三角形排列的力墊(實(shí)際封裝的MEMS氣壓計(jì))。四晶須陣列的材料成本約為20美元,重量僅為1.5克。除了無人機(jī)以外,在黑暗、多塵或煙霧環(huán)境中運(yùn)行的小型機(jī)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(jī)和激光雷達(dá)系統(tǒng)。

不僅是貓科類動(dòng)物,近日外媒報(bào)道,普渡大學(xué)(Purdue)研究人員通過蜘蛛、蝙蝠、鳥類和其他動(dòng)物的傳感器得到了一些靈感,來幫助提高自動(dòng)駕駛汽車和無人機(jī)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,更好地檢測與避開物體,提供更有效、更靈敏的危險(xiǎn)避免系統(tǒng)。

研究人員解釋說,蜘蛛、蝙蝠或鳥類本身的傳感器非??欤鼈冎阅軌蛉绱丝焖俚靥幚頂?shù)據(jù),原因之一是這些動(dòng)物并不需要處理所有的數(shù)據(jù),它們只需響應(yīng)威脅安全的信息并做出反應(yīng)。據(jù)稱,研究人員開發(fā)的新傳感器就是由生物的神經(jīng)末梢與稱為機(jī)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似的方式反應(yīng),將傳感器集成到自動(dòng)機(jī)器的外殼中,比如機(jī)翼或車身,選擇性地處理信息,減少信息處理量并提高處理速度。

據(jù)介紹,新型傳感器材料被設(shè)計(jì)成在外力作用下快速改變形狀。形狀的改變使材料內(nèi)部的導(dǎo)電粒子相互靠近,從而使電流通過傳感器并攜帶信號。研究人員說:“借助機(jī)器學(xué)習(xí)算法,我們可以以最小的能耗訓(xùn)練這些傳感器來自主工作,制造各種尺寸的傳感器也是沒有障礙。”

無人機(jī)傳感器市場正在快速增長,根據(jù)此前IHS Markit的數(shù)據(jù)顯示,無人機(jī)和玩具直升機(jī)中MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器(即加速度計(jì)、陀螺儀、IMU和壓力傳感器)的市場至2021年預(yù)計(jì)將達(dá)到約7000萬臺,而其2018至2021復(fù)合年增長率可達(dá)到17%。

傳感器之外,在系統(tǒng)層面利用軟件開發(fā),通過融合各種傳感器讀數(shù)可以實(shí)現(xiàn)特定的功能,硬件與軟件工具的結(jié)合,使得無人機(jī)具有更好的可靠性、安全性與操作性。隨著無人機(jī)研制、生產(chǎn)成本不斷降低,其應(yīng)用范圍日益廣泛,具有旺盛的市場需求和廣闊的發(fā)展前景。其中,傳感器作為無人機(jī)的一個(gè)重要組成部分,將會(huì)隨著無人機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。