近日，华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室黄永安教授、冀晶晶教授团队在国际期刊《Research》发表综述论文，题为"AI-Enabled Flexible Sensing Skin for Next-Generation Aircraft: Toward Embodied Intelligence"。文章系统梳理了人工智能赋能飞行器柔性感知皮肤（iFlexSense）的技术体系，围绕感知-决策-调控闭环核心框架，涵盖无气动干扰原位感知、人工智能增强的超分辨率感知等技术，并介绍其在防除冰、电磁隐身、增升减阻三大核心场景中的应用，为下一代“感知飞行（Fly-by-Feel）” 智能飞行器提供系统性参考。

一、iFlexSense系统架构

传统飞行器受固定气动构型制约，难以适配复杂多变的飞行环境。下一代飞行器正加速向具身智能体演进，具备环境实时感知、自主性能调节、协同作业与自我进化能力。而超薄、轻质、可大面积曲面共形贴附的智能柔性感知皮肤（iFlexSense），是实现这一变革的核心使能技术，其核心原理为：将多类柔性感知与驱动单元集成于超薄基底薄膜中，共形贴附在飞行器表面，赋予传统承力结构自感知、数据处理与自主驱动一体化功能。

图1 AI赋能的iFlexSense系统概述

iFlexSense以聚酰亚胺（PI）等柔性薄膜为基底，集成压力、应变、剪切应力、温度等多模态传感单元，构建分布式感知网络。整体基底厚度小于100um，传感单元达到亚微米级别，气动兼容性与曲面贴合性优异。而人工智能作为核心智能模块，依托超分辨率流场重构感知技术，为智能柔性感知蒙皮系统的精准决策提供算法支撑。该类皮肤可在不改变飞行器原有气动外形的前提下，原位采集各类气动与结构参数，搭配机载人工智能芯片完成智能决策，最终形成完整的智能控制闭环从而满足核心场景的应用需求。

二、柔性智能皮肤发展阶段

从基础传感单元逐步发展为集成智能系统，文章将航空器智能柔性蒙皮的发展历程划分为五个阶段，其中1.0-3.0阶段以传感能力迭代升级为核心，实现了传感对象、参数维度与系统集成度的逐步拓展。进入4.0阶段，人工智能开始与系统深度融合，标志着系统功能从传感向感知发生范式转变。5.0阶段则进一步演进为具备“感知-决策-执行”闭环控制能力的具身智能系统。

图2 航空器智能柔性蒙皮的发展历程

三、飞行器原位多参量感知技术

航空器柔性蒙皮的传感需求主要围绕两大核心目标展开：飞行安全保障与气动性能优化。针对性布设各类传感器：压力传感器用于采集气动法向压力，实现升力反演；剪切力传感器直接检测气流切向力；应变和振动传感器监测结构变形、捕捉动态力学响应。依托集成于柔性蒙皮基底上的各类传感单元的协同布局，柔性传感蒙皮可实现多物理量同步探测。

图3 飞行器升力测量—压力传感器

图4 飞行器剪切应力测量—热膜传感器

图5 飞行器结构检测—应变和振动传感器

四、AI技术赋能智能感知升级

仅凭借传感器硬件，无法直接识别数据背后反映的结构健康状态与流场演化规律。因此需要引入人工智能算法提升感知能力，实现数据-信息-决策的转化，让柔性智能蒙皮实现从被动采集到主动感知的跃升。文章主要分为飞行器自身的结构健康自监测与诊断，以及周围气动流场的超分辨率重构两大应用维度。

图6 飞行器结构健康自检测与诊断

飞行器结构健康监测的本质，是对所有可能破坏结构完整性、威胁服役安全的各类损伤进行全过程监测。从基础数据采集到飞行健康状态评估，信号解析与信息处理必须依靠智能算法实现。其技术实现路径分为两大方向：基于智能柔性蒙皮的实时损伤状态监测、以及面向全生命周期的系统化健康管理。两大方向形成边缘智能与云端运维的协同闭环，共同构建飞行器全链条健康保障体系。

图7 基于稀疏测点的流场重构与性能验证

飞行器工作于复杂流场环境中，机翼绕流流态是决定飞行器飞行安全与气动升阻特性的核心要素，精准获取机翼表面关键物理参数分布及周边流场的时空演化特征具有十分重要的意义。流场重构技术可依托有限离散测点数据复原全域流场信息，破解观测样本有限与全域分析需求之间的核心矛盾，是衔接试验数据、数值仿真与工程应用的必然技术选择。

五、三大核心应用场景

通过进一步拓展驱动功能，iFlexSense可构建感知-驱动-控制协同的一体化闭环智能系统。一方面，依托变体技术实现翼型构型动态调控功能，结合实时获取的传感数据与AI决策结果，完成气动特性实时优化等任务；另一方面，蒙皮自身的微结构可直接赋予其特定功能属性，例如疏水微结构、电磁超表面，无需额外加装复杂驱动单元即可满足核心应用需求。

飞行器结冰是航空领域长期面临的重大技术难题，柔性智能蒙皮为飞行器防除冰技术发展提供了全新技术路径。能够贴合任意复杂曲面的柔性智能蒙皮规避了传统除冰方式因机身加热不均引发局部结冰的风险，还可进一步集成结冰传感单元与防除冰功能模块。

电磁隐身是飞行器在现代复杂电磁对抗环境中实现战场生存与任务执行的关键能力。依托强化学习等算法，飞行器柔性智能蒙皮系统可对入射电磁波参数进行实时解析，动态调整超表面单元的偏置电压调控策略，使该一体化系统成为基于波前工程的全新隐身技术范式。

飞行器增升减阻技术的发展，始终面临着功能需求与气动性能难以兼顾的矛盾。柔性智能蒙皮能够实时感知气流状态，从宏观层面动态调整蒙皮曲率，或在微观尺度调控表面局部凹凸结构，进而实现主动增升减阻。可见，具备智能自适应形变、可实时适配多飞行工况的变体机翼飞行器，将引领未来飞行器的发展方向。

六、总结与未来展望

本文综述了柔性感知智能系统iFlexSense的技术特点与发展历程，阐述其依托超薄基底集成多维感知与驱动单元，并结合人工智能超分辨率场重构算法，实现全场景感知-决策-驱动一体化的技术路径。文章深入分析了该技术在防除冰、电磁隐身、增升减阻三大核心场景中的突破性应用。该项技术彻底打破了传统飞行器被动适应气动环境的固有设计局限，开创了气流主动感知、表面特性动态调控的全新技术范式。

本论文第一作者为华中科技大学冀晶晶教授，华中科技大学黄永安教授为通讯作者。得到了国家自然科学基金（52525502、52427809）的支持以及湖北省自然科学基金（2023AFA085）的部分资助。

论文链接：https://spj.science.org/doi/pdf/10.34133/research.1305