Det är en fluga! Det är en bugg! Det är ett mikroplan!

Nästan alla av oss har någon gång önskat att vara en fluga på väggen, men ingen vill bli överkörd. Ett säkrare alternativ kan vara att styra en flotta av intelligenta flugor som kan söka upp och rapportera viktig information samtidigt som vi håller oss borta från fara. Med den idén i åtanke utvecklar ingenjörer vid MIT:s Lincoln Laboratory nu ett mikroflygfordon - ett halvautonomt spionplan som är tillräckligt litet för att hålla i din handflata.

Idén om att producera världens första underrättelseinsamlingsplan i miniatyr föreslogs för tre år sedan vid Lincoln Lab, där forskare sökte ett sätt att ge direkt tillgång till spaningsdata för soldater som tjänstgör i små militära enheter, som de som är utplacerade i stadsmiljöer. De föreställde sig ett bärbart övervakningssystem som snabbt kunde informera soldater om överhängande, osynliga faror. I stadsområden, till exempel, skulle ett sådant system kunna göra det möjligt för soldater att se över kullen och runt hörnet, säger William R. Davis, som leder Lincoln Labs mikro-luftfordonsprogram. Avancerade versioner kan sniffa upp kärnvapen, biologiska och kemiska vapen i fientlig terräng, bedöma stridsskador eller övervaka gisslankriser eller strider i Waco-stil.

Den här historien var en del av vårt oktobernummer 1997

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Baserat till stor del på koncept som beskrivs vid Lincoln Lab, lanserade Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ett program på 35 miljoner dollar i år för att utveckla prototyper av mikroflygfordon, som begärde in preliminära förslag från industri och akademi. Organisationer som konkurrerar om finansiering inkluderar universitetslaboratorier som Georgia Tech Research Institute (GTRI), flygföretag och småföretag.

Samtidigt har DARPA gett inledande finansiering till Lincoln Lab för att utveckla en fullt fungerande prototyp, som forskare förväntar sig att färdigställa inom tre år. Med en vikt på två uns och mindre än sex tum i längd och bredd, kommer prototypfordonet att flyga i 20 till 30 miles per timme, arbeta inom en radie på upp till 3 miles (gränsen avser den förväntade räckvidden för fordonets kommunikationssystem) och förbli i luften i upp till en timme. Den måste också ha spanings- och navigeringsförmåga.

I stort, säger Milan Vilajenik, som leder Lincoln Labs Engineering Division, kommer detta att bli ett flygande chip.

Med tanke på dess snäva storleks- och viktbegränsningar kommer det inte att vara någon liten bedrift att få upp detta flygande chip från marken och behålla det. När du går ner i storlek, förklarar Vilajenik, är befintlig teknik för stor. De flesta av delsystemen kommer att behöva utvecklas.

Den första utmaningen är att skapa en effektiv vingdesign som kan ge tillräckligt med lyftkraft och tillräckligt lågt motstånd för ett fordon i detta storleksintervall, där det aerodynamiska beteendet skiljer sig från det hos större, snabbare flygplan. Lincoln Lab-teamet beräknade att en svävande farkost med rotorblad skulle kräva ungefär dubbelt så kraft som ett fordon med fast vingar. För att minimera effektbehovet utvärderar teamet därför flera konfigurationer med fasta vingar som använder propellrar för framdrivning, säger programchef Davis.

Men Robert J. Englar, en ledande forskningsingenjör vid Georgia Tech, hävdar att även med en propeller, kommer en konventionell vinge inte att generera tillräckligt med lyft för att hålla ett mycket litet, långsamt fordon i rörelse genom det störande luftflödet som det sannolikt kommer att stöta på. Georgia Tech har lagt fram ett förslag som Englar avböjer att diskutera, men Sam Blankenship, koordinator för GTRI:s Microflyer Program, säger att ingenjörer i slutändan kan behöva titta på småfåglars och insekters flaxande vingar som modeller för energieffektiv flygning.

Ett starkt framdrivningssystem kan kompensera för brister i aerodynamisk prestanda, konstaterar Davis, men kraftfullare framdrivningsenheter kommer sannolikt att väga mer - och designers vill reservera vikt för datainsamlingssensorer och kommunikationssystem. Lincoln Lab-teamet fastställde att i den lilla skala som krävs, skulle jetmotorer förbruka för mycket bränsle, medan kraftkällor som batterier skulle väga för mycket och ge för lite kraft. Lincoln Labs ingenjörer identifierade förbränningsmotorer och bränsleceller som de mest lovande alternativen på kort sikt och hoppas kunna skapa miniatyriserade versioner av förbränningsmotorer inom ett till två år.

Tillsammans med ett robust framdrivningssystem behöver det diminutiva fordonet ett flygkontrollsystem så att det kan hålla kursen inför luftturbulens eller plötsliga vindbyar. Eftersom planet kommer att resa utom truppernas synhåll och kan stöta på snabbt föränderliga flygförhållanden, kan en soldat inte flyga fordonet som ett modellflygplan, säger Davis. Hans team fastställde att för att utföra manövrar kan prototypen förlita sig på småskaliga enheter-sensorer som mäter flygplanets hastighet, acceleration och atmosfäriskt tryck, och elektriska ställdon som flyttar planets aerodynamiska ytor.

Davis påpekar att sofistikerade mikrotillverkningstekniker gör det möjligt att tillverka sensorer och ställdon med låga effektbehov i mycket liten skala. När utvecklingen av mikroplan mognar, förväntar sig designers att ersätta dessa små enheter, som använder rörliga delar och måste monteras separat, med mikroelektromekaniska system-högprecisionssystem som liknar datorchips och tillverkas med metoder som liknar tillverkning av mikrokretsar. Dessa skulle kunna bäddas in i ett mikroplans vinge, vilket sparar värdefull vikt och ger effektivare kontroll.

Slutligen planerar Lincoln-forskare att utveckla ett mycket litet bildsystem för fordonet och en bärbar markstation - en bärbar dator och en liten parabolisk kommunikationsskål - för att överföra foton. De föreställer sig en tvågrams, en kubikcentimeter synligt ljuskamera placerad under planet och få miljonpixlar bilder-bilder skarpa nog att identifiera militära fordon och personal från 100 meters höjd. Utmaningen med att utveckla bildbehandlingssystemet är inte att designa eller tillverka enskilda komponenter utan att integrera dem utan att överskrida snäva massa- och effektbegränsningar.

Att integrera detta tätt packade sortiment av spaning, framdrivning, flygkontroll och andra delsystem kommer faktiskt att vara det sista hindret, noterar Vilajenik. Till exempel kan designers behöva isolera en vibrerande, värmeproducerande förbränningsmotor från ett bildsystem som är känsligt för dessa störningar och förhindra elektromagnetisk störning mellan elektriska motorer och kommunikationsantennen.

När ingenjörer utvecklar sätt att klämma in fler funktioner i mindre paket under de kommande decennierna eller två, förväntar de sig att nyttolastkapacitet, uthållighet och räckvidd kommer att öka. Lincoln Lab-teamet föreställer sig avancerade mikroluftfordon som utför så olika uppgifter som att upptäcka kemiska signaturer av okonventionella vapen, använda stationära sensorer för att övervaka opatrullerade områden och avbilda och spela in ljudet från scener i och runt byggnader.

Dölj