无人机：一架会飞的“传感器”

随着全球鹰被伊朗人击落，无人机对新一代技术的运用更加引起人们关注。

为了能更好地控制无人机的飞行，各种传感器的运用对其飞行能力起到了十分关键的作用。大多数人将无人机称为一架会飞行的“传感器”。据半导体应用网了解，无人机的惯性测量单元（IMU）、气压传感器、地磁传感器、应用特定型传感器节点（ASSN）和传感器数据融合的精度等等对其飞行性能有着直接且实质的影响。

在持续提升无人机飞行性能的道路上，研究人员们开发了各种各样的新型传感器。

受到猫科类动物的启发，其胡须可以通过侦测气流的变化起到导航作用，上个月在ICRA，来自澳大利亚布里斯班昆士兰大学的Pauline Pounds研究出了一款应用于无人机的胡须——新型晶须传感系统。

这样一款微小、便宜而又灵敏的传感器系统能够感知环境，以便无人机能够机动地避免诸如湍流的危险，研究人员的目标是在黑暗、尘土飞扬或烟雾弥漫的空间中使得微型飞行器能够安全的飞行。

据了解，晶须阵列非常敏感，实际上它可以检测到低至3.33微牛顿的力，这使得研究人员不得不在实验室屏住呼吸，因为一旦呼吸稍有用力就会在测量时严重地干扰到晶须阵列的测量。

不过，正是这种灵敏度使得晶须阵列能够探测到物体在移动过程中所产生的空气流，虽然不能立即使无人机实际停止，但可以及时采取其他措施保护无人机自身，比如切断电机的动力。此外，晶须也可用于测量流体流量（代表通过空气的速度），当然，在低速时它们也可用作接触传感器。

根据介绍得知，整个晶须阵列的制作也比较简单，将一团ABS塑料加热后拉成像太妃糖一样的细长纤维。每个晶须底部的ABS斑点粘在3D打印的负载板上，负载板又连接到三角形排列的力垫（实际封装的MEMS气压计）。四晶须阵列的材料成本约为20美元，重量仅为1.5克。除了无人机以外，在黑暗、多尘或烟雾环境中运行的小型机器人也可以利用这些传感器，能够有效避免使用昂贵的相机和激光雷达系统。

不仅是猫科类动物，近日外媒报道，普渡大学(Purdue)研究人员通过蜘蛛、蝙蝠、鸟类和其他动物的传感器得到了一些灵感，来帮助提高自动驾驶汽车和无人机的能力，使它们拥有更好的传感能力，可以更快地处理感官信息，更好地检测与避开物体，提供更有效、更灵敏的危险避免系统。

研究人员解释说，蜘蛛、蝙蝠或鸟类本身的传感器非常快，它们之所以能够如此快速地处理数据，原因之一是这些动物并不需要处理所有的数据，它们只需响应威胁安全的信息并做出反应。据称，研究人员开发的新传感器就是由生物的神经末梢与称为机械感受器的特殊神经元相关联。研究人员希望它能以类似的方式反应，将传感器集成到自动机器的外壳中，比如机翼或车身，选择性地处理信息，减少信息处理量并提高处理速度。

据介绍，新型传感器材料被设计成在外力作用下快速改变形状。形状的改变使材料内部的导电粒子相互靠近，从而使电流通过传感器并携带信号。研究人员说：“借助机器学习算法，我们可以以最小的能耗训练这些传感器来自主工作，制造各种尺寸的传感器也是没有障碍。”

无人机传感器市场正在快速增长，根据此前IHS Markit的数据显示，无人机和玩具直升机中MEMS运动传感器（即加速度计、陀螺仪、IMU和压力传感器）的市场至2021年预计将达到约7000万台，而其2018至2021复合年增长率可达到17％。

传感器之外，在系统层面利用软件开发，通过融合各种传感器读数可以实现特定的功能，硬件与软件工具的结合，使得无人机具有更好的可靠性、安全性与操作性。随着无人机研制、生产成本不断降低，其应用范围日益广泛，具有旺盛的市场需求和广阔的发展前景。其中，传感器作为无人机的一个重要组成部分，将会随着无人机的发展呈现出爆发式增长。