最近美國(guó)的工程師們邁向昆蟲(chóng)仿生學(xué)微型飛行機(jī)器人研制的方向上又邁出了關(guān)鍵性步驟，離完全自主飛行的目標(biāo)又進(jìn)了一步。日前他們首次對(duì)外界展示了一臺(tái)采用閉合線路控制的微型飛行機(jī)器人執(zhí)行垂直飛行的情況。研制人員預(yù)計(jì)，他們借以控制垂直方向的方法也將最終幫助他們實(shí)現(xiàn)在全部三個(gè)軸向上實(shí)現(xiàn)自主操控。

　　來(lái)自哈佛大學(xué)微型機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的研制小組日前在最新一期的《生物靈感與仿生學(xué)》雜志上發(fā)表了他們有關(guān)世界第一種“可控仿生學(xué)垂直飛行機(jī)器人”的相關(guān)論文。他們采用的創(chuàng)新方法將有助于未來(lái)開(kāi)發(fā)完全自治的，擁有靈活飛行能力的微型機(jī)器人。

　　研制小組成員佩雷茲·阿蘭西比亞(Pérez-Arancibia)告訴記者說(shuō)：“基本上，一個(gè)完全自治的微型飛行機(jī)器人可以做幾乎所有一只普通蜜蜂或蒼蠅能做的事情：起飛，降落或者在復(fù)雜環(huán)境中飛行。在未來(lái)，我設(shè)想這種微型機(jī)器人還將學(xué)會(huì)自我調(diào)整以適應(yīng)周遭環(huán)境，并與其它飛行機(jī)器人相互協(xié)作完成復(fù)雜任務(wù)使命，甚至和真正的昆蟲(chóng)之間相互交流。這一定很酷！”

　　盡管他們說(shuō)的輕松，真正制造一個(gè)完全自治的衛(wèi)星飛行機(jī)器人可絕非易事：空氣動(dòng)力學(xué)，傳感器，微型馬達(dá)，以及其他諸多因素必須進(jìn)行綜合考慮。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，研制人員們決定首先將注意力集中于一個(gè)問(wèn)題上：飛行高度控制。

　　于是他們?cè)O(shè)計(jì)了一臺(tái)采用仿生學(xué)振翅模式飛行的，重量?jī)H有56毫克的微型飛行機(jī)器人，并將其限制在一個(gè)只能上下兩個(gè)方向移動(dòng)的空間內(nèi)。飛行器通過(guò)拍動(dòng)翅膀獲得升力，它振動(dòng)翅膀頻率越高，升力就越大。

　　研究人員解釋說(shuō)，為了設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，即一整套產(chǎn)生系統(tǒng)輸入信號(hào)的規(guī)則，研制人員們采用了兩套獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)步驟。在第一套實(shí)驗(yàn)中，研制人員收集微型機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方面的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如讓機(jī)器人拍打翅膀，但是將其固定住不讓它移動(dòng)。兩臺(tái)傳感器將測(cè)量微型馬達(dá)產(chǎn)生的馬力，以及拍打翅膀產(chǎn)生的力量大小。有了這些信息，研制人員便可以大致確定控制器的基本結(jié)構(gòu)。而為了進(jìn)一步明確相關(guān)設(shè)計(jì)，科學(xué)家們需要收集更多的數(shù)據(jù)。在這一輪測(cè)試中他們讓微型飛行機(jī)器人上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行垂直飛行。正是在這一階段，他們實(shí)現(xiàn)了昆蟲(chóng)級(jí)別仿生飛行機(jī)器人的首次垂直飛行測(cè)試。

　　阿蘭西比亞博士解釋說(shuō)：“閉合線路意味著某項(xiàng)操作執(zhí)行的回饋信號(hào)會(huì)被自動(dòng)輸入自身控制系統(tǒng)并產(chǎn)生新的輸出指令。在這一特定案例中，飛行機(jī)器人的高度數(shù)據(jù)由外界激光測(cè)量系統(tǒng)提供，隨后這些信息被控制系統(tǒng)用于生成控制指令并發(fā)出相應(yīng)指令，以便驅(qū)動(dòng)翅膀拍打振動(dòng)。請(qǐng)注意在此過(guò)程中高度是不斷變化的，飛行器必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整?！?/p>

　　在測(cè)試過(guò)程中，研究人員展示了這一微型飛行機(jī)器人具備在某一高度懸?；虬凑罩噶铒w向另一高度的能力。另外，當(dāng)研究人員用噴氣管去施加氣流干擾時(shí)，飛行機(jī)器人也能采取相應(yīng)措施排除干擾因素保持高度穩(wěn)定。而最令人矚目的是，這個(gè)小小的，僅重56毫克的飛行機(jī)器人竟然能產(chǎn)生相當(dāng)于其體重3.6倍的升力，這就意味著它將有能力“背負(fù)”包括轉(zhuǎn)向控制設(shè)備，感受器和微型電源在內(nèi)的各種附加載荷。這些裝備的加裝將賦予飛行機(jī)器人更加強(qiáng)大的能力。

　　阿蘭西比亞博士說(shuō)：“可以預(yù)計(jì)，如果批量生產(chǎn)，這種小機(jī)器人的造價(jià)將非常便宜。因此它們將非常適用于被派往那些人員無(wú)法企及的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行偵查，探索并發(fā)回情報(bào)。比如它們可以被派往火災(zāi)地區(qū)，受嚴(yán)重污染的地區(qū)，如危險(xiǎn)化學(xué)品擴(kuò)散區(qū)，輻射區(qū)甚至疫病蔓延地區(qū)或倒塌的建筑內(nèi)部執(zhí)行偵查任務(wù)。它們將是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生物學(xué)研究的絕佳助手。想象一下吧，你可以一次派出1000~2000只機(jī)器蜜蜂‘蜂擁’進(jìn)入亞馬遜雨林對(duì)那里的大樹(shù)進(jìn)行各種角度的詳細(xì)觀察。或者讓一組微型飛行機(jī)器人跟蹤那些從墨西哥到加拿大進(jìn)行千里遷徙的美洲帝王蝴蝶，等等。甚至還有人提出用它們進(jìn)行人工授粉?！?/p>

　　而現(xiàn)在，研究工作正在迅速取得突破性進(jìn)展，人們正朝著實(shí)現(xiàn)完全自治的微型飛行機(jī)器人的目標(biāo)快步前進(jìn)。阿蘭西比亞說(shuō)：在哈佛大學(xué)微型機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，我們是一個(gè)小組。我們將全力工作，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)?！?/p>