算法造出“隐形”无人机

在 2005 年的科幻电影《绝密飞行》中，美国空军拥有了一种未来战争机器：一架没有飞行员的隐形战斗机。它能够依靠先进人工智能自主飞行，并凭借隐身技术突破敌方防御系统。

那时，人们对于“隐形飞机”的想象，主要来自雷达、材料和空气动力学，也就是让机器避开探测，让敌人无法发现。

但 20 年后的今天，一群研究人员正在尝试另一种完全不同的“隐形”：不是让无人机避开雷达，而是让它骗过人眼。

近日，来自美国西北大学的团队在悉尼举行的 2026 年机器人科学与系统大会上，展示了一款名 Phantom Twist 的无人机。这架无人机没有采用透明材料，也没有覆盖特殊涂层。它只是高速旋转，让自己的形态变得模糊，最终在观察者眼中逐渐失去清晰的轮廓。

因此，严格意义上来说，这并不是一架真正“隐形”的无人机。它不会像科幻电影中的隐形战机一样从天空中彻底消失，也无法躲避雷达、红外或者其他传感设备。但它展示了一种新的可能：未来机器或许不一定需要改变自身属性，也可以通过改变观察者获取信息的方式，降低自己的存在感。

领导这项研究的是西北大学副教授迈克尔?鲁宾斯坦（Michael Rubenstein），他专注于多机器人系统、集体机器人、自组装/自修复机器人、模块化机器人以及大规模机器人群体的控制与设计。

会转的无人机，如何在人眼前“隐身”？

Phantom Twist 利用的是人类视觉系统的一个固有局限。人眼在把整个场景的视觉信号送去大脑处理之前，需要花一段时间（通常约为 100 毫秒）来整合看到的画面。如果物体移动得足够快，眼睛就会被迫把这段时间内的运动“平均化”，与背景融合在一起，产生一种透明的模糊感，这种现象叫做视觉暂留（persistence of vision）。

生活中最常见的例子是高速旋转的风扇叶片：叶片并没有消失，只是人的视觉系统跟不上它的运动细节，才逐渐从清晰的结构变成一团模糊的影像。

Phantom Twist 正是利用了这一机制。它以每秒 15 到 25 圈的速度旋转，整机重量仅 30 克。

但一架不停旋转的无人机，如何实现精准控制？

传统无人机通常依靠多个螺旋桨之间的转速变化控制方向。例如，四旋翼无人机通过调整不同电机的转速，让机身倾斜，从而实现前进、转向和悬停。而 Phantom Twist 完全不同：全机只有一个电机、一个螺旋桨，没有任何舵面。螺旋桨朝一个方向转，机身其余部分则朝相反方向转。

它的控制逻辑是这样的：整个飞行器持续旋转，系统在每圈旋转中的特定时刻短暂提高或降低电机转速，借此改变受力情况，让无人机向某个方向产生微小偏移。因为机身一直在转，这种瞬时的推力变化会被分散到不同方向上，累积起来就变成了一段可控的平移运动。高度控制则更直接，调节电机的整体推力大小，无人机就能上升或下降。

结构上看，Phantom Twist 同样极简：没有传统机身框架，主要靠碳纤维杆连接几个核心部件----电机和螺旋桨、电池、控制器、配重块，以及一个用于手持发射的连接件。未来配重块甚至可以换成额外电池或传感器。

（来源：西北大学）

AI 设计 2 万个方案，寻找“最难被看见”的结构

Phantom Twist 真正困难的地方，并不是让无人机旋转，而是在保证飞行性能的同时，让它尽可能不容易被看见。这意味着设计时要同时考虑一堆变量：部件应该放在哪里？哪些结构会增加视觉暴露？怎样才能兼顾稳定飞行、重量与配平？

因此，研究团队使用了 AI 进行设计。他们首先建立了约 2 万个满足基本飞行条件的无人机结构方案作为候选池；接着把每种方案的旋转飞行姿态模拟出来，叠加到 100 张真实场景背景图上，还原它在不同环境中的实际观感。

然后用一种叫“学习感知图像块相似度”（LPIPS）的、近似人类视觉的感知指标给每种方案打分，具体做法是比较“无人机背景”和“叠加了旋转无人机的背景”这两张图片的差异，差异越小，说明无人机越难被发现；最后，团队从中选出得分最低的 500 个候选方案，再用算法反复微调部件位置，进一步压低可见度评分，逐步逼近最优解。

图 | 图中展示了两款 Phantom Twist 无人机及其手持发射装置（来源：西北大学）

最终方案把各个部件分散安放在无人机四周，高度、角度各不相同，彼此留出充分间距，避免旋转时相互重叠。于是当所有部件的运动模糊在一起时，无人机看起来不再是一个清晰的形状，而是一团淡淡的半透明云雾。

同时，研究人员发现，算法最终选择的结构其实符合一个简单直觉：尽可能避免让零部件在旋转过程中形成明显重叠，同时减少靠近旋转中心区域的组件，因为这些位置更容易暴露无人机轮廓。

研究结果显示，在最初约 2 万个候选设计中，最终版本的 LPIPS 视觉差异评分达到 0.0104，相比之下，由人类设计的版本显眼程度明显要高，其 LPIPS 得分约为 0.2。

不过，研究人员也强调，Phantom Twist 距离真正意义上的“隐形无人机”还有很长距离。目前，它仍然是一项实验性技术。

首先，它只能降低视觉可见性，并不能隐藏其他信号。无人机运行时产生的螺旋桨噪声依然明显；此外，连接各个组件的电线和碳纤维杆也会在特定角度下暴露自身轮廓。研究团队表示，未来可以通过更加透明的材料、更优化的结构设计以及更安静的推进系统，进一步降低无人机的存在感。

另一方面，Phantom Twist 目前仍依赖外部光学跟踪系统完成精确控制，这意味着它还没有达到普通消费级无人机那样，可以完全自主在开放环境中飞行。不过，研究人员认为，这种旋转结构本身仍具有进一步发展的潜力。

相比传统无人机，Phantom Twist 更值得关注的应用方向是野生动物观察。

在自然环境中，动物对陌生物体非常敏感。一架普通无人机靠近时，螺旋桨声音、机身外形甚至飞行方式，都可能改变动物原本的行为模式。如果无人机能够降低自身的视觉存在感，就有可能在更接近自然状态的情况下完成观察，获取包加真实的数据。

鲁宾斯坦表示，他尤其期待这类低干扰机器人在野生动物监测中的应用。在他看来，未来机器人不一定总是需要以进入环境并改变环境的方式完成任务，它们也可以学会更加安静地融入环境。

（示意图）