新型混合無人機可以同時完成這三項任務(wù)，而不是讓一個自主機器人飛行，另一個在陸地上駕駛，再一個在水上導(dǎo)航。為了執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，科學(xué)家們越來越多地試驗無人機，它們的功能不僅僅是飛行。

紐約大學(xué)阿布扎比阿拉伯氣候與環(huán)境科學(xué)中心(ACCESS) 的研究人員表示，他們希望無人機“能夠飛到潛在的偏遠地點并進行采樣”，因此產(chǎn)生了能夠在陸地、空中和海上航行的無人機的想法。該研究的主要作者、紐約大學(xué)阿布扎比分校的博士生迪米特里奧斯·柴卡利斯 (Dimitrios Chaikalis)說。

柴卡利斯說，環(huán)境研究通常“依賴于難以到達地區(qū)的樣本采集”。“飛行器可以輕松導(dǎo)航到這些區(qū)域，同時能夠在水面上著陸并在水面上導(dǎo)航，可以在飛回基地之前以最小的能耗進行長時間采樣。”

這款新型自動飛行器是一款三軸飛行器，具有三對用于飛行的旋翼、三個用于在陸地上漫游的輪子以及兩個用于幫助其在水上移動的推進器。橡膠輪直接在主輪框架主體周圍進行 3D 打印，無需使用金屬螺釘和滾珠軸承，這些金屬螺釘和滾珠軸承在接觸水后會有生銹的風(fēng)險。整機重量不到10公斤，以符合無人機法規(guī)。

機器切割的有浮力的聚苯乙烯泡沫體被放置在機器的頂部（固定轉(zhuǎn)子）和底部（固定輪子和推進器）之間。這種漂浮裝置充當(dāng)機器在水中的船體，其形狀像三葉形，為轉(zhuǎn)子的氣流留出空間。

“最終的車輛能夠穿越所有可用的介質(zhì)——空氣、水、地面——這意味著你最終可以部署能夠克服不斷增加的困難和障礙的自動駕駛車輛，”柴卡利斯說。

該無人機擁有兩個開源PX4自動駕駛系統(tǒng)：一個用于空中，另一個用于陸地和水上導(dǎo)航。“空中導(dǎo)航與地面或水面導(dǎo)航有很大不同，兩者實際上有很多相似之處，”柴卡利斯說。“因此，我們設(shè)計了地面和水面導(dǎo)航，使其與同一個自動駕駛儀一起工作，只改變每種情況下的電機輸出。”

一臺英特爾 NUC 計算機充當(dāng)命令模塊。計算機可以根據(jù)需要在兩個自動駕駛儀之間切換，并與無線電收發(fā)器和 GPS 連接。所有這些電子設(shè)備都固定在防水塑料外殼內(nèi)。

“當(dāng)然，你還必須為地面車輛車輪配備防水電機，因為它們在水上時會完全浸沒，”柴卡利斯說。“事實證明，此類電機很難與商業(yè)自動駕駛裝置連接，因此我們最終還設(shè)計了用于連接此類通信的定制硬件和固件。”

無人機可以在無線電控制下運行，也可以自主執(zhí)行預(yù)編程任務(wù)。其鋰聚合物電池使其飛行時間為 18 分鐘。

在實驗中，聚苯乙烯泡沫塑料船體在漂浮過程中吸收水分，在 30 分鐘內(nèi)重量增加了 20%。聚苯乙烯泡沫塑料確實在飛行過程中釋放了這些水，盡管速度很慢，100 分鐘后重量減輕了 20%。科學(xué)家們指出，在自動駕駛儀設(shè)計中需要考慮到重量的這種顯著變化，或者他們可以添加防水涂層，盡管這會永久增加整體重量。

此外，“雖然防水濺和輕微浸沒，但這還不是完全潛水的設(shè)計，這意味著漂浮裝置的故障可能是災(zāi)難性的，”柴卡利斯說。

研究人員指出，未來他們可以優(yōu)化船體，使其足夠堅固，能夠承受復(fù)雜的機動，并最大限度地減少飛行過程中的空氣阻力。他們還希望使無人機完全模塊化，這樣他們就可以通過連接或拆卸模塊來輕松改變其功能。

“例如，我們想象能夠在必要時選擇將地面機制拋在后面以節(jié)省電力，然后再返回地面機制，”柴卡利斯說。“或者讓水模塊在水面上航行，而[無人機]返回附近的基地進行充電，并在稍后再次拾取。”

新型無人機的專利申請正在等待中。6 月 9 日，科學(xué)家們在華沙舉行的2023 年國際無人機系統(tǒng)會議上詳細介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。