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信天翁將有助於增加無人機的續航力

本篇介紹信天翁可飛行數千哩遠的距離卻無需搧動翅膀,這種稱為動態滑翔的飛行方式是利用氣流且幾乎不耗費能量,模仿此飛行原理將可增加長時間留在空中的偵測用無人機或商用無人機的續航力
 
 
 

信天翁是自然界中的高效能飛行高手,飛行數千哩而不需要搧動翅膀。最近一項由法國生態演化研究中心的生物學家與德國慕尼黑科技大學(University of Technology, Munich)航太科技研究者合作的研究計畫已更深入了解信天翁利用「動態滑翔(dynamic soaring)」的飛行方式,這項結論將可應用於必須長時間留在空中的偵測用無人機,未來更可應用在大氣層飛行數周、甚至數月不需著陸,讓飛行器不需添加燃料即可繞行地球數月。

無人機(Drone)又稱為無人飛行載具(Unimanned Aerial Vehicle, UAV)、無人飛行器系統(Unmanned Aircraft System, UAS)或四軸飛行器(quad-copters),是指一種無需人從內部直接介入操作的飛行器,甚至已研發透過人工智慧執行獨立飛行任務的神經元無人機,預期未來可在複雜的飛行環境中自我校正、自動避開障礙、辨識和追蹤特定目標等,變成多功能的飛行機器人。但目前一般消費型的無人機僅能維持30分鐘以內的航行,如果安裝額外的感測器或視訊攝影鏡頭,會造成耗電而縮短飛行時間及距離,有些無人機因此突然墜落,影響地面安全且造成實質經濟損失,因此最極待突破的就是如何延長飛行時間。

信天翁以體型大且能長距離飛行而著名,今(2016)年2月研究人員記錄到一隻在1956年被套上腳環標識追蹤的黑背信天翁(Phoebastria immutabilis)智子(Wisdom)在中途島繁殖,估計飛行距離長達300萬英哩(相當於483萬公里),已可繞地球100圈,飛行距離創下世界紀錄。英國自然環境委員會南極調查局(British Antarctic Survey, Natural Environment Research Council)經由繫放記錄到灰頭信天翁(Thalassarche chrystostoma)12天可飛行6,000公里,平均1天的飛行距離達500公里,只需要飛46天就可以環繞地球一圈,平均時速為20.8公里,並能用平均地速(mean ground speeds)超過時速127公里的速度持續飛行8小時以上。

德國慕尼黑科技大學的航太工程師戈特弗里德‧薩克斯(Gottfried Sachs)教授的研究團隊則已發現漂泊信天翁(Diomedea exulans)是利用動態滑翔方式飛行,因為這種翼展(雙翅展開平伸)達12英呎(約3.7公尺)的大鳥體重太重,強勁的風勢是其起飛的必要條件,起飛之後利用一種重複升降起伏的飛行技巧,首先是迎風爬升,在最高的高度時轉向背風並下降,直到接近海面再反轉方向迎風重新爬升進入下一個循環,飛入風中時藉著轉變翅膀的角度來取得高度,牠們能夠以時速超過67英哩(相當於108公里)的速度轉向及突然俯衝下降100公尺以上,藉著重覆使用這個方法,科學家相信漂泊信天翁單次旅程就可飛行10,000英哩(相當於16,000公里),只需要時速超過30公里的風速就能動態滑翔,且幾乎不必耗費能量。未來科學界若能模仿信天翁利用氣流幾乎不耗能量的原理改善設計,不久的將來將能有效延長無人機的續航力。(以上新聞編譯自2013年11月18日發行之Daily Mail Online等)(本文由科技部補助「向大自然借鏡:生物行為的科學解密」執行團隊撰稿)

責任編輯:歐陽盛芝/國立臺灣博物館
審校:歐陽盛芝/國立臺灣博物館
 
延伸閱讀:
Chia, J. 2016. This mama’s still got it! Wisdom the 65-year-old albatross outlives other birds to her 40th baby chick. Daily Mail Online, February 13, 2016.
Croxall, J. P., J. R. D. Silk, R. A. Phillips, V. Afanasyev, and R. Briggs. 2005. Global circumnavigations: tracking year-round ranges of nonbreeding albatrosses. Science, 307 (5707): 249-250.
Sachs, G., J. Traugott, A. P. Nesterova, G. Dell’Omo, F. Kümmeth, W. Heidrich, A. L. Vyssotski, and F. Bonadonna. 2012. Flying at no mechanical energy cost: disclosing the secret of wandering albatrosses. PLOS ONE, 7(9): e41449 (doi: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0041449).
Scharping, N. 2016. At age 65, Wisdom the albatross hatches a healthy chick. Discover Magazine / Blogs / D-brief, February 10, 2016.
Zolfagharifard, E. 2013. Mystery of the wandering albatross travels 10,000 miles in a single journey without flapping its wings is solved. Daily Mail Online, November 18, 2013.
Traugott, J., A. Nesterova, and G. Sachs. 2013. The nearly effortless flight of the albatross. IEEE Spectrum, June 28, 2013.
果殼網(2016)那隻超長待機的信天翁又來了:65歲老鳥今年喜添一蛋,壹讀,2016/03/16。
張小玫(2016)無人機是商機,還是危機?。科技政策觀點,2016/08/15。
愛范兒(2016)到底是遙控飛機還是無人機?從演進歷史說分明。科技新報,2016/08/10。
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