F-SAM——可折叠成卷的柔性无人机
事实证明，制造飞行机器人并不需要太多设备。飞行机器人通常设计得非常复杂，包含大量部件，例如两个完整的机翼或四个独立的发动机。
也许这类装置是为资金充足的人制造的，但对于那些想要控制预算的人来说，制造飞行机器人实际上只需要一个翼型和一个固定螺距的螺旋桨。如果你把这个翼型做成柔性的，甚至可以将整个机器人折叠起来，像一卷瑞士卷一样。
这种无人飞行器被称为单旋翼机，其设计大致借鉴了槭树种子的构造。槭树种子是带有“翅膀”的单个种荚。稳定的旋转能够减缓种子下落的速度，使其能够飘散数公里。这种结构本质上就是稳定的，会自行旋转，并且旋转得平稳可预测，这对无人机来说是一个优点：如果设备中的某个部件出现故障，它会缓慢旋转下落，默认实现安全着陆。
新加坡科技设计大学开发了一款名为F-SAM的单旋翼机，其名称是“单驱动可折叠单旋翼机”的缩写。从硬件上看，它的配置可能并不复杂，但这正是该设计的魅力所在。单个驱动器即可实现完整的方向控制：油门增大转速，使其爬升高度。
单旋翼机的控制可能看起来很复杂，因为它需要在设备旋转时于特定位置发出重复的发动机脉冲。F-SAM在视频动作捕捉环境中运行，以探索其实现精确自主飞行的潜力，但它并不局限于该环境，也不需要外部控制即可operate。
虽然F-SAM的控制面板是定制设计的，机翼也需要一些加工，但其余部件价格低廉，并且可以单独购买。F-SAM的总重量仅为69克，其中近40%来自电池，可提供约16分钟的飞行时间。
IEEE Spectrum就这款单旋翼机采访了其开发者，并提出了几个问题。科学家们研究了多种材料及材料组合，用于制造柔性机翼结构。编辑询问他们为何选择了轻木与塑料的复合材料。
“单旋翼机的机翼结构需要具备足够的刚性，才能在飞行中受到控制。虽然单旋翼机也可以使用我们测试过的更柔软的材料飞行，例如柔性塑料或柔性聚合物，但这些材料会让机翼在飞行中自由转动，从而降低发动机循环控制的效率。经过塑料层压的轻木提供了足够的刚性以实现有效控制，同时也便于折叠”
研究人员表示，F-SAM可以在户外飞行。它具有被动稳定性，因此飞行时无需反馈控制。动作捕捉环境可为其在室内站点和航点飞行提供绝对位置。户外飞行时，电子罗盘为主循环控制提供相对航向。科研团队正在研制一款内置GPS的原型机，以实现户外自主飞行。
“可以加装摄像头（我们之前做过），但由于其旋转特性，图像可能会模糊。360度摄像头正变得越来越轻巧，我们可能会尝试在F-SAM或我们现有的其他单旋翼机上安装一台。其他可能的传感器包括激光雷达（LiDAR）或ToF传感器。对于激光雷达而言，该平台具有优势，因为它本身就以已知速度旋转。普通激光雷达系统需要专门的驱动装置来产生旋转运动。作为旋转平台，F-SAM本身就具有天然的旋转动力学特性，这使得集成激光雷达更加简便，效率也更高”
目前，F-SAM可以折叠成紧凑的形态并存放在容器中。不过，使用时仍需要人工将其展开，然后手动发射或放置在地面上起飞。科学家们设想，未来的F-SAM将放入一个配备机构（例如压缩气体）的容器中，将折叠后的机体弹射到空中，由于采用了弹性材料，它可以立即开始展开。发动机可以引发旋转，依靠离心力使机翼伸展开来。
科学家认为，F-SAM可能是一款不错的玩具，但如果目标是常规航拍或摄像，它并不能很好地替代四旋翼无人机。不过，它可能是一次性GPS制导侦察任务的理想选择。由于飞行仅依靠一个驱动器，其成本可以相对较低。
此外，它在飞行时非常安静，降落后也很容易隐蔽。该平台可以集成用于各种任务的轻型传感器，例如气候监测。多台F-SAM可以从空中投放，因为它们能够在下降时自动旋转，并在特定时段飞行，以便在空中进行更广泛的气象数据采集。
“我们有几个有趣的项目，其中大多数都围绕“以更低成本做更多事”这一主题。这意味着我们的项目旨在使用尽可能少的驱动器完成多项任务并实现多种飞行模式。与只用一个驱动器实现可控飞行的F-SAM类似，我们正在开发另一个项目，即完全自转版本，名为Samara Autorotating Wing（SAW）”
他表示，该平台仅用一个驱动器即可在两种飞行模式下工作。它非常适合在偏远地区部署一次性传感器。例如，该平台可用于部署森林监测传感器或森林火灾预警系统。
传感器可以降落在树冠上，降落后，机翼提供所需的面积以收集太阳能，从而实现数年的持续工作。另一个有趣的应用场景是，利用自转平台在探空仪完成上升运动后，将其引导回收集点。
这位研究人员表示，目前全球许多气象站都会用氢气球释放探空仪（仅澳大利亚每年就超过20000个），而气球升至高空后会爆裂，传感器随之落回地面。将它们引导回收集点，每年可节省数百万美元，同时还能减少污染，有益于环境保护。
