Det er en flue! Det er en Bug! Det er et mikrofly!

Næsten alle af os har på et eller andet tidspunkt ønsket at være en flue på væggen, men ingen ønsker at blive slået. En mere sikker mulighed kan være at kommandere en flåde af intelligente fluer, der kan opsøge og rapportere kritisk information, mens vi holder os sikkert væk fra fare. Med den idé i tankerne udvikler ingeniører ved MITs Lincoln Laboratory nu et mikroluftfartøj - et semi-autonomt spionfly, der er lille nok til at holde i din hule hånd.

Ideen om at producere verdens første miniature-efterretningsindsamlingsfly blev foreslået for tre år siden ved Lincoln Lab, hvor forskere søgte en måde at give direkte adgang til rekognosceringsdata for soldater, der tjener i små militærenheder, såsom dem, der er udstationeret i bymiljøer. De forestillede sig et bærbart overvågningssystem, der hurtigt kunne informere soldater om overhængende, usete farer. I byområder, for eksempel, kunne et sådant system gøre det muligt for soldater at se over bakken og rundt om hjørnet, siger William R. Davis, der leder Lincoln Labs mikroluftfartøjs-program. Avancerede versioner kan opsnuse nukleare, biologiske og kemiske våben i fjendtligt terræn, vurdere kampskader eller overvåge gidselkriser eller Waco-lignende standoffs.

Denne historie var en del af vores oktoberudgave fra 1997

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Hovedsageligt baseret på koncepter skitseret på Lincoln Lab, lancerede Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) et program på 35 millioner dollars i år for at udvikle prototyper af mikroluftfartøjer, der anmodede om foreløbige forslag fra industrien og den akademiske verden. Organisationer, der konkurrerer om finansiering, omfatter universitetslaboratorier som Georgia Tech Research Institute (GTRI), rumfartsvirksomheder og små virksomheder.

Samtidig har DARPA givet indledende finansiering til Lincoln Lab til at udvikle en fuldt fungerende prototype, som forskerne forventer at færdiggøre inden for tre år. Med en vægt på to ounce og måler mindre end seks tommer i længde og bredde, vil prototypen af ​​køretøjet flyve med 20 til 30 miles i timen, operere inden for en radius på op til 3 miles (grænsen vedrører den forventede rækkevidde af køretøjets kommunikationssystem) , og forbliver i luften i op til en time. Den skal også have rekognoscerings- og navigationsevner.

I det store og hele, siger Milan Vilajenik, der leder Lincoln Labs Engineering Division, bliver dette en flyvende chip.

I betragtning af dens snævre størrelse og vægtbegrænsninger vil det ikke være nogen ringe bedrift at få denne flyvende chip op fra jorden og holde den der. Efterhånden som du går ned i størrelse, forklarer Vilajenik, er eksisterende teknologi for stor. De fleste af delsystemerne skal udvikles.

Den første udfordring er at skabe et effektivt vingedesign, der kan give tilstrækkelig løft og lavt nok modstand til et køretøj i dette størrelsesområde, hvor aerodynamisk adfærd adskiller sig fra større, hurtigere fly. Lincoln Lab-teamet beregnede, at et svævende fartøj med rotorblade ville kræve cirka dobbelt så kraft som et køretøj med faste vinger. For at minimere strømbehovet er teamet derfor ved at evaluere flere fastvingede konfigurationer ved hjælp af propeller til fremdrift, siger programchef Davis.

Men Robert J. Englar, en ledende forskningsingeniør ved Georgia Tech, hævder, at selv med en propel, vil en konventionel vinge ikke generere nok løft til at holde et meget lille, langsomt køretøj i bevægelse gennem den forstyrrende luftstrøm, som den sandsynligvis vil støde på. Georgia Tech har indsendt et forslag, som Englar afviser at diskutere, men Sam Blankenship, koordinator for GTRI's Microflyer Program, siger, at ingeniører i sidste ende kan blive nødt til at se på de flagrende vinger fra små fugle og insekter som modeller for energieffektiv flyvning.

Et stærkt fremdriftssystem kan kompensere for mangler i aerodynamisk ydeevne, bemærker Davis, men mere kraftfulde fremdriftsenheder vil sandsynligvis veje mere - og designere ønsker at reservere vægt til dataindsamlingssensorer og kommunikationssystemer. Lincoln Lab-teamet fastslog, at i den lille skala, der kræves, ville jetmotorer forbruge for meget brændstof, mens strømkilder som batterier ville veje for meget og give for lidt strøm. Lincoln Labs ingeniører identificerede forbrændingsmotorer og brændselsceller som de mest lovende alternativer på kort sigt og håber at skabe miniaturiserede versioner af forbrændingsmotorer inden for et til to år.

Sammen med et robust fremdriftssystem har det diminutive køretøj brug for et flyvekontrolsystem, så det kan holde sin kurs i lyset af luftturbulens eller pludselige vindstød. Fordi flyet vil rejse ud af troppernes syn og kan støde på hurtigt skiftende flyveforhold, kan en soldat ikke flyve køretøjet som et modelfly, siger Davis. Hans team fastslog, at for at udføre manøvrer kunne prototypen stole på småskalaenheder - sensorer, der måler flyets hastighed, acceleration og atmosfærisk tryk, og elektriske aktuatorer, der flytter flyets aerodynamiske overflader.

Davis påpeger, at sofistikerede mikrofremstillingsteknikker gør det muligt at fremstille sensorer og aktuatorer med lavt effektbehov i meget lille skala. Efterhånden som udviklingen af ​​mikrofly modnes, forventer designere at erstatte disse bittesmå enheder, som bruger bevægelige dele og skal monteres separat, med mikro-elektromekaniske systemer-højpræcisionssystemer, der ligner computerchips og produceres ved hjælp af metoder, der ligner mikrokredsløbsfremstilling. Disse kunne indlejres i et mikroflys vinge, hvilket sparer værdifuld vægt og giver mere effektiv kontrol.

Endelig planlægger Lincoln-forskere at udvikle et meget lille billedbehandlingssystem til køretøjet og en bærbar jordstation - en bærbar computer og en lille parabolsk kommunikationsskål - til at overføre billeder. De forestiller sig et to-grams, en kubikcentimeter synligt-lys-kamera placeret under flyet og opnår millioner-pixel-billeder, der er skarpe nok til at identificere militærkøretøjer og personel fra 100 meters højde. Udfordringen ved at udvikle billeddannelsessystemet er ikke at designe eller fremstille individuelle komponenter, men at integrere dem uden at overskride stramme masse- og strømbegrænsninger.

Faktisk vil integrationen af ​​dette tætpakkede udvalg af rekognoscering, fremdrift, flyvekontrol og andre undersystemer være den sidste forhindring, bemærker Vilajenik. For eksempel kan designere være nødt til at isolere en vibrerende, varmeproducerende forbrændingsmotor fra et billeddannelsessystem, der er følsomt over for disse forstyrrelser, og forhindre elektromagnetisk interferens mellem elektriske motorer og kommunikationsantennen.

Efterhånden som ingeniører udvikler måder at presse flere funktioner ind i mindre pakker i løbet af det næste årti eller to, forventer de, at nyttelastkapacitet, udholdenhed og rækkevidde vil stige. Lincoln Lab-teamet forestiller sig avancerede mikroluftfartøjer, der udfører opgaver så forskellige som at detektere kemiske signaturer af ukonventionelle våben, indsætte stationære sensorer til at overvåge ikke-patruljerede områder og billeddannelse og optagelse af lyden af ​​scener i og omkring bygninger.

skjule