奧爾堡大學(xué)的學(xué)生利3D打印研制“潛水”無人機(jī)，可實(shí)現(xiàn)水下空中無縫切換

2025年8月4日，南極熊獲悉，丹麥奧爾堡大學(xué)的學(xué)生研制出一架能夠從飛行無縫過渡到水下導(dǎo)航的無人機(jī)。這架混合式無人機(jī)是他們應(yīng)用工業(yè)電子學(xué)學(xué)士論文的一部分，設(shè)計(jì)、制造和測試歷時(shí)兩個(gè)學(xué)期。

安特衛(wèi)普大學(xué)能源學(xué)院副教授 Petar Durdevic與副教授 Mads Valentin Bram 共同指導(dǎo)了本項(xiàng)目，他表示：“研究團(tuán)隊(duì)展現(xiàn)了令人印象深刻的協(xié)作能力、創(chuàng)造力和毅力。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室無數(shù)小時(shí)的投入，他們僅用一年時(shí)間就將想法轉(zhuǎn)化為功能原型。對(duì)于一支跨學(xué)科學(xué)生團(tuán)隊(duì)來說，這是一個(gè)非凡的成就。”

△混合無人機(jī)在泳池中暢游。圖片來自奧爾堡大學(xué)的Andrei Copaci。

開發(fā)雙環(huán)境無人機(jī)

學(xué)生們使用一臺(tái)未公開的3D打印機(jī)和數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)了這架無人機(jī)，并使用定制軟件進(jìn)行編程，將模型從概念轉(zhuǎn)化為可運(yùn)行的原型。雖然目前的模型仍然是一次性的，但項(xiàng)目表明可以使用便捷的制造方法和定制代碼構(gòu)建功能齊全的雙環(huán)境飛行器。

這項(xiàng)能力的一個(gè)關(guān)鍵特征是可變螺距螺旋槳系統(tǒng)，葉片可根據(jù)周圍環(huán)境調(diào)整角度。在空中，葉片會(huì)變高以產(chǎn)生升力。在水下，葉片會(huì)降低螺距以減少阻力并提高推進(jìn)效率。

系統(tǒng)還支持反向推力，使無人機(jī)在水下也能更靈活地操控。據(jù)學(xué)生們介紹，這種適應(yīng)性使無人機(jī)能夠使用單一推進(jìn)裝置在兩種環(huán)境下平穩(wěn)運(yùn)行，無需進(jìn)行任何機(jī)械重新配置。這種方法使無人機(jī)能夠在空中和水中不間斷地移動(dòng)。

演示視頻捕捉到了無人機(jī)在空氣和水之間的轉(zhuǎn)換，無人機(jī)在兩種介質(zhì)之間反復(fù)移動(dòng)。學(xué)生們將這些動(dòng)作的一致性歸功于螺旋槳系統(tǒng)的簡單性和可靠性，它避免了對(duì)復(fù)雜機(jī)械裝置的依賴。

據(jù)《趣味工程》報(bào)道，展望未來，學(xué)生們看到了他們的設(shè)計(jì)在海洋探索、船舶檢查、搜索救援任務(wù)以及國防等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。盡管無人機(jī)仍處于概念驗(yàn)證階段，但它展示了低成本平臺(tái)如何幫助進(jìn)入原本難以到達(dá)的環(huán)境。

△這架緊湊型無人機(jī)起飛、潛入水池、短暫潛入水下，然后再次升空

在奧爾堡大學(xué)以外，約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（APL）的研究人員開發(fā)了一種名為耐腐蝕空中隱蔽無人航海系統(tǒng)（CRACUNS）的雙環(huán)境無人機(jī)，能夠從水下站點(diǎn)或車輛發(fā)射并在空中飛行。

無人機(jī)采用3D打印和新穎的制造技術(shù)制造，采用輕質(zhì)復(fù)合材料框架，可承受嚴(yán)苛的近海環(huán)境。為了應(yīng)對(duì)海水侵蝕，敏感部件被封裝在干式壓力容器中，電機(jī)則涂覆了商用耐腐蝕材料。在海水中浸泡兩個(gè)月后，無人機(jī)未出現(xiàn)任何損壞，展現(xiàn)了良好的結(jié)構(gòu)韌性和作戰(zhàn)可行性。

3D打印重塑無人機(jī)的形態(tài)和功能

從水下飛行到鳥類模仿和空中建造，研究人員正在使用 3D 打印來重新思考無人機(jī)的功能以及它們可以呈現(xiàn)的形狀。

一個(gè)獨(dú)特的例子來自荷蘭的Drone Bird公司，他們所開發(fā)的鳥形無人機(jī)幫助管理航空和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的野生動(dòng)物，并使用 3D 打印技術(shù)將設(shè)計(jì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 該公司與先進(jìn)激光材料公司(ALM)、EOS和Parts on Demand合作，將 SLS 技術(shù)與輕質(zhì)碳基材料相結(jié)合，生產(chǎn)出耐用、逼真的組件。這種制造方法不僅加快了開發(fā)速度、降低了成本，還使設(shè)計(jì)更容易根據(jù)特定需求進(jìn)行調(diào)整。這些無人機(jī)模仿猛禽飛行，有效地阻止了野生動(dòng)物在跑道和農(nóng)田附近聚集。

在建筑領(lǐng)域，倫敦帝國理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種無人機(jī)群，能夠在飛行過程中自主3D打印混凝土結(jié)構(gòu)。建筑系統(tǒng)包含兩種類型的無人機(jī)：BuilDrones，配備定制噴嘴，可在飛行過程中調(diào)整位置；ScanDrones，用于監(jiān)控進(jìn)度并引導(dǎo)逐層沉積。

無人機(jī)以協(xié)調(diào)循環(huán)的方式工作，利用實(shí)時(shí)軌跡控制和打印監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施工。在測試中，團(tuán)隊(duì)首先打印了一個(gè)兩米高的泡沫結(jié)構(gòu)，然后使用水泥-聚合物復(fù)合材料打印了一個(gè)圓柱形塔。無人機(jī)始終保持著亞厘米級(jí)的精度，展現(xiàn)了空中3D打印在遠(yuǎn)程施工領(lǐng)域的潛力。