猫须般的触须传感器助微型无人机在黑暗中飞行

# 猫须般的触须帮助微型无人机在黑暗中飞行 来源：https://www.wired.com/story/cat-like-whiskers-help-tiny-drones-fly-in-the-dark/ 在滑坡、地震（https://www.wired.com/story/satellite-images-damage-caused-by-venezuela-earthquakes/）或大火等灾害发生后，救援人员需要尽快找到幸存者，而他们正越来越多地借助无人机（https://www.wired.com/story/missing-hiker-ai-drone-recovery/）来完成这项关键任务——尤其是那些能够钻入坍塌建筑缝隙（https://www.wired.com/story/poop-drones-are-keeping-sewers-running-so-humans-dont-have-to/）的超紧凑型无人机。然而，这项技术仍存在一些严重的局限性。 这些重量不到一根黄油棒的超紧凑型无人机（https://www.wired.com/review/dji-mini-5-pro/），其算力和电量储备远不及更大的机型，这直接限制了它们传感器的性能。这意味着当建筑物内充满烟雾，或灾害发生在夜间时，无人机的摄像头和激光雷达将无法正常工作。即便是一块透明玻璃，也可能成为无人机无法感知的障碍。 如今，荷兰代尔夫特理工大学的一个研究团队——受夜行动物胡须的启发——开发出（https://www.nature.com/articles/s41467-026-77366-7）一种轻量级触觉传感器，使无人机即使在无法"看见"的情况下也能自主导航。一些夜行动物，比如老鼠以及在一定程度上的猫（https://www.wired.com/story/ai-slop-is-ruining-the-internets-cute-animal-economy/），仅凭胡须感受周围环境的触觉信息就能探索外部世界，从而在没有视觉的情况下自由移动。研究团队由此提出疑问：无人机是否也能做到同样的事情？ 在无人机开发领域，触觉导航是一个全新的概念，同时也面临着独特的挑战。代尔夫特理工大学教授 Salwa Hamaza 在一份新闻稿（https://www.tudelft.nl/en/2026/lr/bio-inspired-whiskers-enable-tiny-drones-to-navigate-in-darkness-using-touch）中解释道："要让触觉感知在无人机上真正发挥作用，传感器必须足够轻量、低延迟且低功耗。"幸运的是，大自然早已完成了部分创新。 Hamaza 和她的团队为无人机打造的"胡须"由镍钛合金制成的精密细丝组成，每根直径仅为 0.4 毫米——大约相当于四张纸的厚度。然而，这些触须的长度甚至超过了无人机本身。研究人员在一台手掌大小的无人机上安装了两根胡须，每根长约 20 厘米，底部配有三个微型压力传感器。这些传感器可以检测金属丝的弯曲程度，无人机据此推算自身与周围障碍物之间的距离和相对位置。所有导航所需的计算均由无人机搭载的微控制器完成，无需依赖外部计算机（https://www.wired.com/story/the-next-evolution-of-ai-is-learning-from-your-dodgy-gaming-skills/）。 这听起来可能并不复杂，但仅仅确定金属丝的安装角度就是一个不小的挑战。利用胡须导航的动物通常不会飞行。即使材质非常轻盈精细，一个长长的突起也可能导致无人机飞行不稳定。在沿墙面飞行的过程中，研究人员发现胡须产生的阻力会使无人机旋转甚至坠毁。 研究人员总共对比了 72 次飞行实验，在三种不同速度下测试了六个不同的安装角度。当胡须分别以 30 度、45 度和 60 度角安装时，无人机都能基本正常飞行。最终团队选择了 45 度角，因为这一角度下无人机的姿态偏差最小。他们同时也考虑到，60 度角会缩短无人机的前向感知距离。 研究人员在处理胡须采集的信息时也遇到了若干障碍。其中一个难题是如何区分真实的接触信号与无人机自身产生的干扰，比如螺旋桨引起的振动。即便滤除了这些噪声，无人机约 38% 的检测结果仍然是误报。 问题似乎出在漂移现象上——即传感器读数随时间逐渐偏移。为此，研究团队开发了一种校正算法，在飞行过程中基于无人机未接触任何物体时的传感器读数，持续估算漂移随时间变化的趋势。结合该算法与滤波器后，据报告误报率降至 0%。 这些测试主要在一面排有三面透明墙壁的环境中进行。每当触觉传感器接触到墙面时，无人机便与墙壁平行飞行，与墙面保持 60 至 100 毫米的距离，直至飞到墙壁边缘。当墙面与无人机呈一定角度时，无人机同样能够完成导航——这一点是配备激光传感器的无人机无法做到的。 然而，在真实场景中（https://www.wired.com/story/this-homemade-ai-drone-software-finds-bodies-when-search-and-rescue-teams-cant/），比如灾害现场的废墟中，障碍物的分布并不会如此整齐有序。即便是在一间普通的房间里，沿着墙壁飞行的无人机也可能轻易地卡在角落里，或者忽略侧面的障碍物。因此，研究人员设计了一种探索策略，通过概率估算墙壁的形状，优先向未探索的区域推进。在使用该策略后，无人机在 90% 的测试中成功找到了一间带有玻璃墙的小房间中一扇约 76 厘米宽的出口。 改进的空间依然存在——无论从字面意义还是比喻意义上来说——毕竟这套触觉系统仅占用了无人机 192 KB 内存（https://www.wired.com/story/7-year-old-tv-now-100-dollars-more-expensive-thank-ai/）的一小部分。代尔夫特理工大学博士生叶朝山在新闻稿中补充道："我们希望证明，触觉感知不必以牺牲尺寸或算力为代价。我们整套触觉感知流程完全在机载设备上运行，仅占用 34 KB 内存，使微型无人机能够实时感知并响应周围环境。" *本文最初发表于* WIRED Japan (https://wired.jp/article/whisker-based-tactile-flight-tiny-drones/) *，由日文翻译而来。*