全球最轻双翼机器人来了！灵感来自独角仙最长可飞行9分钟

自然界一直为机器人技术的研发提供着无尽的灵感。在韩国的建国大学里，研究者们深受启发，创造了一种新型飞行机器人——KUBeetle-S，它的设计灵感来源于地球上最大的昆虫之一，被称为独角仙（Allomyrina dichotoma，双叉犀金龟）。

KUBeetle-S的设计理念源于对独角仙飞行机制的深入研究。这种昆虫翅膀载荷高达40 N/m2，远超一般昆虫的8 N/m2，赋予了它强大的飞行能力。韩国的研究团队首先模仿独角仙的扑翼机制，开发出一种大型扑动角度并产生振动的系统，以支撑机器人的重量。领导这项研究的Hoon Cheol Park教授表示：“由于KUBeetle-S没有传统的尾部控制面，它主要依靠改变翅膀的运动学来生成控制力矩。”

Park教授团队巧妙地设计了KUBeetle-S的控制力矩发生器，使机器人的机翼能够向左、右、前、后扑动，从而改变其垂直升力的方向并产生控制力矩。这个先进的控制系统集成了轻型伺服电机，并通过研究团队开发的算法反馈系统实现电子控制。

近期，这支研究团队在《国际微型飞行器杂志》上首次展示了KUBeetle-S的出色性能。除了能够在多种运动模式之间灵活切换，包括悬停飞行，其冲程振幅甚至能达到惊人的180度。更值得一提的是，团队通过采用一系列新的设计策略，显著提高了机器人的飞行续航力。

Park教授解释道：“我们的最新研究着眼于延长KUBeetle-S的飞行时间和耐力。我们采用了高空气动力学效率的翅膀并增大了翅膀面积，借鉴了真实昆虫的设计。”通过对机器人进行一系列测试，研究人员发现使用低电压操作能有效防止驱动电机过热，从而增强了机器人的耐力。

除了出色的耐力和飞行时间，KUBeetle-S的另一个关键优势在于其轻量化的设计。参与研究的Hoang Vu Phan表示：“我们的机器人是目前最轻的双翼机器人之一，仅重15.8克，而且可以在不损失飞行能力的情况下携带额外的有效载荷。”通过改变和扩大机器人的翅膀，研究团队成功地将机器人的重量从16.4克降至15.8克，同时将总飞行时间从3分钟延长到近9分钟。

随着研究的深入，KUBeetle-S的应用前景愈发广阔。它不仅可用于基础研究，如研究昆虫的运动机制，还可以在实际应用中发挥重要作用，例如将物体从一个地方移动到另一个地方。未来，这款机器人甚至可能被部署在自然环境中，用于收集关于昆虫和其他野生动物的镜头信息，或在军事领域执行秘密任务。

在2018年9月14日的那一天，代尔夫特理工大学微型飞行器实验室（MAVLab）的研究人员，向世界展示了一款源自昆虫灵感的新型飞行机器人。这款自主、自由飞行的扑翼机器人，以无与伦比的性能、简洁的设计以及易于生产的特性，在《科学》杂志上惊艳亮相。

如同昆虫一般，这款机器人的翅膀以每秒17次的频率振翅高飞，不仅生成了在空气中翱翔所需的升力，更通过细微的调整翅膀运动，精准控制飞行方向。从果蝇身上汲取灵感，该机器人的控制机制已被证实相当有效，能够实现在原地悬停，并向任意方向灵活飞行。

“这款机器人的最高时速可达25公里/小时，并且能执行高难度动作，如360度翻转、螺旋翻滚和桶滚。”这项研究的第一作者和机器人主设计师Matěj Karasek介绍道，“这款仅有29克重的机器人，拥有出色的功率效率。在充满电的情况下，它的翼展为33厘米，允许进行长达5分钟的悬停飞行或覆盖超过1公里的飞行距离。”

这款机器人的出色飞行性能及其可编程性，使其成为了研究昆虫飞行的绝佳工具。为此，代尔夫特理工大学与瓦赫宁根大学携手合作。当Karasek第一次看到机器人飞翔时，他惊奇地发现其飞行方式与昆虫极为相似，特别是在操控方面。他立刻联想到可以用这款机器人去研究昆虫的飞行控制和动力学。受到之前对果蝇研究的启发，该团队决定为机器人编程，模拟昆虫在敏捷逃脱过程中的虚拟控制动作。

机器人的动作与果蝇的行为极为相似。这款机器人甚至能够展示果蝇如何控制转弯角度，以最大化其逃脱能力。“与动物实验不同，我们完全掌控机器人的‘大脑’，这使我们能够识别和描述一种新型被动空气动力学机制。”Karasek补充道，“这种机制有助于果蝇以及其他飞行动物在快速倾斜转弯中引导方向。”

而在2019年6月，哈佛大学的Noah Jafferis和他的团队推出了一款名为RoboBee X-Wing的太阳能驱动有翼机器人。这款被称为当时最轻的不需电源就能飞行的机器人，其重量仅为259毫克。拥有四个翅膀的RoboBee X-Wing，每秒可以扇动高达170次。其独特的翅膀由类似肌肉的板控制，当电流通过时便会收缩。六块微小的太阳能电池为其提供动力，每块电池仅重10毫克，并被精心安置在机翼上方以避免干扰飞行。尽管这个昆虫机器人在光照下能够拍打翅膀，但在实验室测试中，它仍需要三倍于自然阳光强度的光照才能起飞。它尚未准备好飞入室外。

与此华盛顿大学的研究人员开发出了一种不同寻常的机器人。虽然这款机器人的重量仅为43毫克，它在飞行时没有任何活动部件，但依然需要外部电线供电。不同于RoboBee X-Wing的是，这种电力驱动的机器人采用电动力推进技术。电场生成带电的空气分子与中性空气分子的碰撞产生向上的动量。尽管这款机器人在技术上颇具创新性，但它的实际应用仍有待观察。