燈光昏暗、色彩閃爍如夜店般的空間裡，一架巴掌大的無人機在人工製造的煙霧中穿梭。當它自動接近透明的壓克力牆面時，可敏捷地轉身返回，全程不靠任何攝影鏡頭導航。

據無人機新聞 Dronelife，這是美國麻薩諸塞州伍斯特理工學院（Worcester Polytechnic Institute, WPI）的最新研究成果— PeAR Bat（蝙蝠無人機），一款從大自然汲取靈感，並以聲音取代視覺的創新研發。

用聽覺「看見」世界

伍斯特理工學院的感知與自主機器人研究小組（Perception and Autonomous Robotics Group, PeAR）表示，這款蝙蝠無人機完全仰賴超音波距離感測技術，也就是自動水龍頭中常見的原理來進行導航。這項靈感源於自然界的創新，團隊發現正好可應用於救災、搜救與消防等視覺無法發揮作用的極端環境。

聲音穿透黑暗

研究計畫由美國國家科學基金會（National Science Foundation）提供為期三年、新台幣約 2,170 萬（70.5 萬美元）的經費支持。伍斯特理工學院教授桑凱特（Nitin Sanket）與研究團隊開發一套以超音波導航的系統，能在地震、海嘯或火災中，協助救難人員在煙霧與塵埃中找到生命跡象。

桑凱特認為，蝙蝠能在伸手不見五指的夜空中，靠回聲定位準確飛行，而多數機器人卻在黑暗中幾近失明，無法有效發揮作用。此外，光的穿透力有限，但聲波可以穿透煙霧與灰塵。

微型化挑戰

團隊表示，要在一台不到 100 公克、長寬不到 10 公分的迷你無人機上重現蝙蝠回聲定位，難度極高。

這架無人機的感測系統非常靈敏，即使距離障礙物只有 5 公分也能偵測到。此外，它擁有 120 度水平與 60 度垂直的視野。感測器功耗僅 0.6 毫瓦，比使用電腦 USB 插槽的攝影機省電約 1000 倍。

然而，小型化也帶來噪音干擾，其螺旋槳的震動容易掩蓋聲波。團隊因此以 3D 列印的超材料（Metamaterials）外殼隔絕噪音。

此外，團隊結合硬體設計與物理導向的深度學習，並融合慣性感測來強化學習導航。實驗中，這架無人機多次成功避開透明牆壁，這項成功突破了多數視覺導航系統的盲點。

從自然汲取靈感

桑凱特團隊先前研究過仿墨魚與蜜蜂眼睛的視覺系統，讓機器能像牠們一樣在不同光線與環境條件下清楚辨識物體。墨魚具有優異的光線感知與變色能力，而蜜蜂的複眼則能同時從多角度觀察，這些特性都被用來提升無人機的環境感知與避障能力。

這款蝙蝠無人機未來可能導入受蜂鳥啟發的低光相機，這種相機能在昏暗環境中快速偵測亮度變化，並搭配更多超音波感測器進行三角定位。透過結合聲波感測與高速影像辨識，無人機可在低光或複雜空間中即時建立周遭環境的影像，實現精準導航與避障。

桑凱特強調這款無人機的效能將持續進化，成為價格親民且能在危險環境中自主飛行的救援夥伴。