天津大学合成生物与生物制造学院的研究团队近期在《自然》杂志上发表了一项突破性成果，他们研发出一种全新的无人机外壳技术，这种外壳不仅具备自我修复的能力，还能有效防止结冰，并内置智能感知系统。这项技术的问世，有望为无人机在极端环境下的飞行提供全面保护，解决了一系列技术难题。
在高海拔的冬季飞行中，无人机表面容易结冰，这不仅会破坏其气动结构，还可能影响传感器的正常工作，严重时甚至导致无人机坠毁。传统的除冰方法，如机械震动或电热装置，虽然有效，但会大幅增加无人机的能耗，且存在失效的风险。为了克服这一难题，研究团队提出了一种创新的解决方案，将无人机的外壳设计成一个集成了主动防护、自我修复和环境监测功能的智能系统。
在材料方面，该外壳采用了柔性自愈合高分子复合材料，这种材料内部嵌入了微胶囊。当外壳出现微小裂纹或刮痕时，这些微胶囊会自动破裂，释放出修复剂，迅速填补裂纹并完成固化，就像自动为外壳“缝合伤口”一样。这种自我修复的能力，大大提高了无人机的耐用性和可靠性。
为了防止在寒冷环境下结冰，研究团队还在外壳内部集成了由石墨烯或碳纳米管构成的纳米加热网。这个加热系统能够根据实时监测到的环境温度、湿度等信息，精准地控制加热区域和温度，从而在不增加过多能耗的情况下，有效地防止无人机结冰。这种高效低耗的防冰策略，为无人机在极端气候条件下的飞行提供了有力保障。
该外壳还内置了高灵敏度的柔性传感器阵列，能够实时感知环境温度、湿度、气压以及冰晶形成等信息。这些信息会被传输到无人机的控制单元中，与机器学习算法相结合，分析数据趋势，预测结构受压或结冰的风险。一旦预测到潜在风险，无人机就能提前触发修复或除冰机制，实现飞行中的自主决策。
在实验室测试中，这种新型无人机外壳在遭受划伤或戳破后，仅需在数分钟内就能完全恢复结构强度。在结冰测试中，即使在强风、高湿、低温等复杂环境下，该外壳也能有效地保持无冰状态。这一成果不仅展示了该外壳的卓越性能，也为其在军用、民用及科研无人机领域的应用奠定了坚实基础。
与传统的飞行器外部结构相比，这种新型无人机外壳在“本体层级”完成了感知、响应与修复的功能整合，显著减轻了整机重量，提升了隐身性和能效。这对于长时间在海上、极地、山区等偏远地区执行任务的无人机来说尤为重要。因此，该技术不仅具有显著的技术优势，还具备广阔的商业化前景。
