「工业之美」仅重12克、飞行可悬停、翅膀能辨路，这是目前最逼真的蜂鸟机器人
界面新闻2019-05-17 13:42
记者 | 彭强1
蜂鸟在自然界里是一种特殊的存在，它的体型很小，具有很强的敏捷性，不仅能像鸟儿一样飞行，还能像蜜蜂一样在空中悬停，甚至可以向后飞。
如果飞行机器人能够拥有这些特点，就能更容易进入倒塌的建筑物或更狭小的空间里，实施地形勘察和搜救活动。
一只蜂鸟在采蜜。图片来源：视觉中国日前，美国普渡大学机械工程学院副教授邓新燕及其团队，设计出了一款飞行机器人，被视为迄今为止最逼真的蜂鸟机器人。
目前主流的飞行机器人大多是多旋翼无人机，这类机器人可操纵性强、可垂直起落，但它们采用传统的旋翼飞行模式，不能被造得太小，否则无法产生足够的上升力。
与传统的飞行机器人不同，邓新燕团队设计的蜂鸟机器人拥有弹性的翅膀，为扑翼机器人。扑翼是一种模仿鸟类和昆虫飞行，基于仿生学原理设计制造的新型飞行器的重要结构。
“这种机器人从空气动力学上说是不稳定的，拥有较大的迎角，因此能够获得更大的上升力，”邓新燕发表在普渡大学官网上文章写道，这使设计出更小的机器人成为可能。
这款机器人全身仅重约12克，相当于蜂鸟的平均体重。它的身体由3D打印出来，翅膀由碳纤维和薄膜制成，翼展约17厘米，煽动频率可达40赫兹。虽然小，但它可举起27克的重量，超过自重两倍的负载，这使得搭载电源、通信等硬件成为可能。
邓新燕团队已对蜂鸟进行了数年的研究，记录了大量的蜂鸟飞行数据，并将其转化成计算机算法。
据邓新燕的文章介绍，通过人工智能和算法学习，他们造出的机器人高度还原了蜂鸟的飞行特点，模仿蜂鸟的肌肉系统控制翅膀的扑翼运动，已学会像蜂鸟那样飞行和移动，遇到障碍时会像蜂鸟般避开，也能完成特定轨迹的飞行。
邓新燕认为，“通过学习生物学知识，我们设计了这款机器人，现在这款机器人反过来可以推动生物学的进展。”通过研究它们，生物学家甚至可获得比自然界更为可靠的数据。
普渡大学机械工程学院副教授邓新燕（左二）及其团队成员在展示蜂鸟机器人。图片来源：普渡大学这款蜂鸟机器人目前并未装配摄像头，但它可通过感知翅膀载荷的变化来识别环境的变化，识别出地面、墙壁、楼梯甚至阵风。因此，它具备在黑暗狭小环境中执行搜索和救援任务的能力。
目前，蜂鸟机器人在飞行时仍需连接外部电源，但很快它将采用电池供电。图片来源：普渡大学邓新燕团队还造出了一个重约1克的机器人，与昆虫大小相仿，同样采用蜂鸟的飞行模式。邓新燕称，机器人的尺寸越小，翅膀拍打的频率就越快，飞行效率就越高。
最早的蜂鸟机器人出自日本。2009年，日本科学家发明了一款蜂鸟机器人，能够模仿蜂鸟的飞行特点在空中悬停。
2011年，美国加州的环境公司（Aero Vironment）受美国国防部高级研究计划局（DARPA）委托，制造出了“纳米蜂鸟”（Nano Hummingbird）无人机，当年被《时代杂志》评为50大创新发明之一。
“纳米蜂鸟”重约18.7克，飞行速度达到11英里/小时（约合18公里/小时），但它飞行的机动性相对有限，仍需人来遥控。
按照计划，在5月20日的2019年国际机器人和自动化大会上，邓新燕团队将展示他们的作品。
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