【导语】美国麻省理工学院科学家取得重大突破，研发出速度与特技表现超越前代、逼近昆虫敏捷度的微型有翼机器人，直径仅4厘米，能11秒内连续空翻10次，相关研究12月3日发表于《科学进展》，不过目前该机器人仍面临连接线束束缚等局限。
得(de)益(yì)于(yú)高(gāo)效(xiào)的(de)控(kòng)制(zhì)器(qì)，这(zhè)个(gè)昆(kūn)虫(chóng)大(dà)小(xiǎo)的(de)机(jī)器(qì)人(rén)可(kě)以(yǐ)在(zài)短(duǎn)短(duǎn)几(jǐ)秒(miǎo)钟(zhōng)内(nèi)完(wán)成(chéng)急(jí)转(zhuǎn)弯(wān)和(hé)多(duō)次(cì)空(kōng)翻(fān)。图(tú)片(piàn)来(lái)源(yuán)：《科学进展》
空中的昆虫堪称地球上最灵活的生物，能精准完成急转弯、急刹车和空中翻转。长期以来，工程师一直致力于赋予同尺寸飞行机器人或无人机类似的敏捷性。如今，美国麻省理工学院（MIT）的科学家朝这一目标迈出了重要一步。他们研发的微型有翼机器人的速度与特技表现均超越所有前代机型，甚至逼近真正昆虫的敏捷度。12月3日，相关研究发表于《科学进展》。
美国内华达大学里诺分校的航空航天工程师Hoang-Vu Phan指出，这款新设备标志着“微型机器人性能的巨大飞跃”。 “这项成果使该领域更接近真正自主的昆虫尺寸飞行机器人，能够执行现实世界的任务。”
尽管近年来无人机等飞行器日益精密，但将其缩小至昆虫大小却异常棘手。“所有部件都需从零开始设计。”论文作者、MIT的工程物理学家陈宇峰（音）指出。微型电机效率会随尺寸缩小而降低，即使是微弱气流扰动，也会对扑翼和纤细关节造成负担——为减轻重量，这些部件通(tōng)常(cháng)设(shè)计(jì)得(de)纤(xiān)薄(báo)而(ér)精(jīng)致(zhì)。昆(kūn)虫(chóng)能(néng)毫(háo)发(fā)无(wú)损(sǔn)地(de)撞(zhuàng)击(jī)玻(bō)璃(lí)窗(chuāng)并(bìng)抵(dǐ)御(yù)强(qiáng)风(fēng)，但(dàn)微(wēi)型(xíng)飞(fēi)行(xíng)机(jī)器(qì)人(rén)却(què)没(méi)这(zhè)么(me)耐(nài)用(yòng)，这(zhè)是(shì)因(yīn)为(wèi)合(hé)成(chéng)材(cái)料(liào)根(gēn)本(běn)无(wú)法(fǎ)与(yǔ)真(zhēn)正(zhèng)昆(kūn)虫(chóng)身(shēn)体(tǐ)的(de)韧(rèn)性(xìng)相(xiāng)媲(pì)美(měi)。
陈(chén)宇(yǔ)峰(fēng)团(tuán)队(duì)在(zài)先(xiān)前(qián)项(xiàng)目(mù)中(zhōng)已(yǐ)攻(gōng)克(kè)许(xǔ)多(duō)硬(yìng)件(jiàn)难(nán)题(tí)，成(chéng)功(gōng)研(yán)制(zhì)出(chū)重(zhòng)量(liàng)仅(jǐn)750毫(háo)克(kè)的(de)耐(nài)用(yòng)飞(fēi)行(xíng)器(qì)，单(dān)次(cì)续(xù)航(háng)可(kě)达(dá)1000秒(miǎo)。但(dàn)它(tā)的(de)控(kòng)制(zhì)器(qì)，即(jí)指(zhǐ)导(dǎo)机(jī)器(qì)人(rén)行(xíng)动(dòng)的(de)电子“大脑”，却带来了一个新难题。为实现空中加速、转向和翻转，飞行的微型机器人必须持续适应气流与摩擦力的微小变化，这需要一个能够处理不确定性的高效控制器。
论文作者、MIT天体物理学家兼航空工程师Jonathan How通过设计管状模型预测控制器（MPC）解决了这一难题。How解释说，管状MPC在机器人的中心轨迹周围创造了一个管状的缓冲区，确保机器人不会因任何干扰撞到危险的区域。
How补充道，该控制器真正的“核心技术”在于融入了一个神经网络—— 一种模拟真实果蝇中枢神经系统的计算机软件或算法。这种编程使控制器能快速规划最优路径，让机器人在空中“以一种不会自毁的方式”进行旋转。
最终的设备直径仅4厘米，重量比一个回形针还轻，飞行速度几乎是现有微型机器人的5倍，加速能力则提高了两倍。它还可以在每秒160厘米的阵风下急转弯，令人印象最深刻的是，这个机器人可以在11秒内连续完成10次空翻。正如Phan所指出的那样，该机器人展示了“以前只能在真实昆虫身上观察到的速度、敏捷性和鲁棒性”。
不过，该机器人仍存在若干局限。加拿大多伦多大学机器人学家Pakpong Chirarattananon坦言：“最突出的问题是连接线束的束缚。”他解释道，由于昆虫尺寸的电池很快会耗尽，设备必须连接外部电源，这限制了活动范围。
绳子是一个长期的障碍，此外陈宇峰和How还希望设计出足够小的摄像头和其他传感器，可以安装在机器人上，这可能会使它在搜索和救援任务中具有价值。“如果发生地震，”陈宇峰解释说，“我们可以把这些微型机器人送到裂缝里。”
昆虫大小的飞行机器人也被视为辅助授粉的工具，但How认为，让机器人降落在娇嫩的花朵上可能过于冒险。他说：“我们很想这么做，但这超出了当前的技术水平。”
相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.aea8716
（原标题为《昆虫级微型飞行机器人问世》）