瑞士洛桑聯邦理工學院（École Polytechnique Fédérale de Lausanne，EPFL）的研究團隊，近日發表一款仿效啄木鳥頭部結構的新型固定翼（fixed-wing）無人機，名為 SWIFT（Shockproof Woodpecker-Inspired Flying Tensegrity）。這款無人機具備極高的抗撞性，能在發生碰撞時保護自身不受損壞，為飛行載具帶來更優異的耐用性與可靠性。

設計靈感

固定翼無人機雖然在速度與能源效率上優於多旋翼機型，但在發生碰撞時卻更容易損壞，因為它們無法像多旋翼無人機那樣在外層安裝防護籠，使得固定翼機型難以在有障礙物或環境複雜的場域中安全運作。

據科技新聞 Interesting Engineering，為了解決這個問題，研究團隊參考啄木鳥的頭部結構。他們發現這種鳥類能長時間啄樹卻不會傷害大腦，結合生物設計與工業工程，開發出這款具抗撞性的無人機。

生物特點應用於無人機設計

研究團隊發現，啄木鳥頭部之所以能承受高速撞擊，是因為其結構具備：

• 堅硬的喙
• 柔韌的舌骨
• 介於舌骨與頭骨之間的海綿狀骨層
• 大腦外尚有額外空間，可緩衝撞擊力

在 SWIFT 這款無人機上，研究團隊利用張力結構（tensegrity）來模擬這些功能：

• 碳纖維桿模擬鳥喙
• 彎曲的碳纖維條模擬舌骨
• 彈性繩索模擬海綿骨層
• 碳纖維板與塑膠支架組成模擬頭骨，保護核心元件、馬達與螺旋槳

這些部件懸掛在機身並透過橡膠繩索支撐，撞擊時最多能移動 22 公分。這種位移的設計有助於吸收碰撞能量，避免將力量直接傳遞到易受外力損傷的零組件上。

機翼也具避震效果

除了機體，SWIFT 的機翼也採用仿生設計。研究人員模仿鳥類機翼關節的柔性組織，以 12 條彈性繩與碳纖維桿將機翼與機身連接，減少機翼斷裂風險，也提高整體保護力。

實驗證實，SWIFT 的抗撞設計可將撞擊力降低高達 70%，比同尺寸的固定翼無人機更具韌性。此外，該系統已通過室內撞擊測試與戶外飛行實驗驗證。

兼顧安全的無人機應用

據洛桑聯邦理工學院，該研究成果已刊登於《Advanced Robotics Research》期刊。隨著無人機日益應用於複雜環境中的巡檢、測繪、送貨等任務，提升其耐撞能力將是確保安全運作的關鍵。