喜歡點飲料喝的朋友，應該不會對某些外賣店家的杯蓋感到陌生。這種可彈出的蓋上“小圓頂”，能夠指示杯中的飲料種類。但是普渡大學和田納西大學的科學家們卻認為，類似的圓頂設計、也有助於無人機監測其機翼上的氣壓。據悉，自主固定翼無人機面臨的一個問題，就是機載飛行計算機需要持續不斷地處理來自多個傳感器的數據。

研究中使用的機翼模型（來自：Purdue University）

即便如此，在飞行计算机接收到传感器输入、并根据相关信息采取行动的时间，仍可能存在显著的滞后。

為減輕信息負載，研究人員一直在探索使用獨特的方案—— 比如不讓傳感器記錄微不足道的數據—— 而這，也是這種小圓頂可以派上用場的地方。

研究配圖1 – 由機械傳感單元組成的神經形態超材料

在2022 年10 月13 日發表於《先進智能係統》期刊上的一篇文章中，印第安納州普渡大學的科學家們與田納西大學的同僚們合作，開發出了一種概念驗證模型。

他們將杯蓋狀聚氨酯圓頂網格，安裝在飛機機翼的部分頂部表面。而每個圓頂下方，則是與圓頂一起形成連接陣列的壓電聚乳酸（PLA）膜。

研究配圖2 – 處於基態和倒置狀態的雙穩態晶胞

只要流經機翼的空氣不超過某個壓力閾值，圓頂“氣泡”就不會彈出。但當壓力足夠高時，一些“氣泡”就會暫時倒置、壓迫下方的PLA 膜變形。

傳感器陣列可記錄這些發生形變的位置，並將相關信息傳遞給機載計算機。接著通過一系列計算，系統就能夠知曉流經機翼的高壓氣流模式。

研究配圖3 – 將圓頂反轉轉換為電存儲器的集成方案

實驗表明，若該模式反映了危險的飛行條件，則無人機的飛控系統將可及時做出應對。

更棒的是，這些圓頂“氣泡”只有向上或向下這兩種狀態，所以系統的數據也只有簡單的二進制（0 或1）。

研究配圖4 – 物理Hopfield 網絡實現/ 不同輸入模式測試

首席科學家Andres Arrieta 認為，未來三到五年內，行業有望將這項技術整合到功能齊備的無人機機翼中。

有關這項研究的詳情，還請移步至《Advanced Intelligent Systems》查看，原標題為《Neuromorphic Metamaterials for Mechanosensing and Perceptual Associative Learning》。