天津大學(xué)合成生物與生物制造學(xué)院團(tuán)隊(duì)近期在《自然》期刊中發(fā)布論文，推出了一種革命性的“自修復(fù)無(wú)人機(jī)外殼”技術(shù)，相應(yīng)外殼具備自愈合、防結(jié)冰與智能感知能力，有望從根本上解決無(wú)人機(jī)在極端環(huán)境下飛行所面臨的結(jié)冰、損傷與能耗難題。

據(jù)介紹，在冬季高海拔地區(qū)飛行無(wú)人機(jī)進(jìn)行“穿云”等行為時(shí)極易導(dǎo)致飛行器表面結(jié)冰，繼而破壞氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，影響傳感器功能，甚至導(dǎo)致無(wú)人機(jī)直接“炸機(jī)”，現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)除冰系統(tǒng)大多依賴(lài)機(jī)械震動(dòng)或電熱裝置，對(duì)續(xù)航有較大影響，且存在失效風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)提出一種新型方案，試圖將無(wú)人機(jī)的外殼設(shè)計(jì)為一個(gè)集成具備主動(dòng)防護(hù)、自我修復(fù)與環(huán)境監(jiān)測(cè)三大核心能力的“智能系統(tǒng)”。

在材質(zhì)方面，相應(yīng)外殼引入一種柔性自愈合高分子復(fù)合材料，材料內(nèi)部含有微膠囊，當(dāng)外皮出現(xiàn)微裂紋或刮痕時(shí)，這些膠囊會(huì)自動(dòng)破裂釋放修復(fù)劑，迅速填補(bǔ)裂紋并完成聚合固化，相當(dāng)于“自動(dòng)縫補(bǔ)傷口”。

為了防止飛行時(shí)在寒冷環(huán)境下結(jié)冰，該外殼內(nèi)部集成了由石墨烯或碳納米管構(gòu)成的納米加熱網(wǎng)，加熱系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)控制溫度，僅在可能結(jié)冰的區(qū)域啟動(dòng)加熱，達(dá)到高效低耗的防冰效果。

此外，注意到研究人員還在外殼內(nèi)設(shè)置高靈敏度柔性傳感器陣列，可實(shí)時(shí)感知環(huán)境溫度、濕度、氣壓及冰晶形成等信息，可與無(wú)人機(jī)控制單元中的機(jī)器學(xué)習(xí)算法聯(lián)動(dòng)，分析數(shù)據(jù)趨勢(shì)，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)受壓或結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)，提前觸發(fā)修復(fù)或除冰機(jī)制，真正實(shí)現(xiàn)“飛行中自主決策”。

研究人員表示，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，該無(wú)人機(jī)外殼可在遭遇劃傷或戳破后數(shù)分鐘內(nèi)完全恢復(fù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。結(jié)冰測(cè)試中，即使在強(qiáng)風(fēng)、高濕低溫等復(fù)雜環(huán)境下，也能有效維持無(wú)冰狀態(tài)。

相比傳統(tǒng)飛行器外部結(jié)構(gòu)依賴(lài)外掛除冰裝置或傳感器，這種新型無(wú)人機(jī)外殼在“本體層級(jí)”完成感知、響應(yīng)與修復(fù)，大幅減輕整機(jī)重量，提升隱身性與能效，非常契合當(dāng)前軍用、民用及科研無(wú)人機(jī)對(duì)“輕量化 + 智能化”發(fā)展的需求，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間在海上、極地、山區(qū)等偏遠(yuǎn)地區(qū)執(zhí)行任務(wù)的無(wú)人機(jī)尤為重要，存在一定商業(yè)化前景。