“Windshaper 已成为我们研究中不可或缺的工具，帮助我们更好地了解在有风和阵风条件下流场与无人机之间的相互作用！”
普林斯顿大学智能机器人运动实验室于 2022 年购入了一台 6x3 Windshaper。自那时起，研究团队一直致力于开发一种利用无人机模拟风流中颗粒运动的方法。
以下是博士候选人 Nate Simon 对他们使用 Windshaper 进行研究的看法：
普林斯顿大学智能机器人运动实验室（IRoM Lab）致力于让机器人能够 安全可靠地推广到真实世界环境。对于无人机和空中机器人而言，这意味着 能够承受强风和阵风。
我们之前研究了一种新型全向流传感器，以及基于强化学习的阵风感知控制方法。在那些论文中，我们的室内阵风生成装置由 6 个鼓风机组成——虽然能产生强劲的阵风，但无法很好地控制阵风的特性（如在空间或时间上的分布）。
我们需要 Windshaper！我们与 Tyto Robotics 合作，于 2022 年 12 月订购并收到了这台 3x6 模块化 Windshaper。
自那时起，我们 60 × 25 英尺的运动捕捉空间变得更加“多风”了！我们与湍流基础与应用研究（FAST）小组合作，使用超声风速仪对 Windshaper 的流场进行了表征：
手动收集如此大规模的空间风速数据非常繁琐，因此我们开发了 FlowBot：一种移动式自主超声风速仪，能够绘制整个流场图！
由于 FlowBot 是静止的，其测量属于“欧拉”性质。然而，我们 非常希望能够从“拉格朗日”视角来了解流场机制（即，从一个 随流移动的颗粒角度）。为此，FAST 的合作者发明了一种拉格朗日 测速技术，用于追踪微小、中性浮力、充满氦气的肥皂泡。通过多台单反相机和计算机视觉后期处理，这些气泡在三维空间中得到了精确追踪。
借助这些气泡，我们能够观察颗粒在气流中自然运动的方式。如果我们 能让无人机也这样做——像拉格朗日颗粒一样自由移动呢？该项目因此被称为“LaDrone”（拉格朗日无人机），并刊登在《美国物理学会新闻》首页！
利用 Windshaper 和气泡追踪技术，我们能够精确表征 LaDrone 对阵风的反应！
我们将 LaDrone 的功能扩展，使其能够主动感知并放大阵风扰动的影响，希望它能更像颗粒一样运动。我们的发现令人振奋：在每次试验中，“阵风接受控制器”（绿色）能够比忽略阵风的（红色）或抑制阵风的（紫色）控制器更紧密地追踪气泡速度（蓝色）。
在未来的工作中，我们计划研究如何利用快速追踪技术与湍流产生共振并从中提取能量，从而实现更高效的飞行。
Windshaper 已成为我们研究中不可或缺的工具，帮助我们更好地了解 在有风和阵风条件下流场与无人机之间的相互作用！
Nate Simon，博士候选人（2025届）
智能机器人运动实验室
机械与航空航天工程系
普林斯顿大学
