蒼蠅能夠做出極為獨(dú)特且靈巧的飛行動(dòng)作，比如敏捷地躲避蒼蠅拍并巧妙地停留在隨風(fēng)搖曳的花朵上，但科學(xué)家并不清楚其中的奧妙，蒼蠅高超的飛行技藝也一直難以在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)制。而現(xiàn)在，受益于在材料和加工技術(shù)等方面取得的突破，他們開(kāi)發(fā)出了第一種能夠像真蒼蠅一樣飛行的機(jī)器蒼蠅。
致力于機(jī)器蒼蠅研究的美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校電機(jī)工程師Ronald Fearing表示：“這是一項(xiàng)重大的工程學(xué)突破，它耗費(fèi)了科學(xué)家15年的時(shí)間。”這個(gè)機(jī)器人使用了超薄層材料，從而使其能夠一秒鐘扇動(dòng)翅膀120次——這與一只家蠅扇動(dòng)翅膀的頻率幾乎一致。
在實(shí)驗(yàn)室飛行測(cè)試中，機(jī)器蒼蠅展示了穩(wěn)定、可控的飛行性能，目前能連續(xù)飛行超過(guò)20秒。而且有趣的是，它飛行時(shí)的消耗功率大約19毫瓦，經(jīng)折算與真蒼蠅的消耗大體一致。Fearing強(qiáng)調(diào)，這“需要非常多的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制造技術(shù)”。
機(jī)器蒼蠅的翅膀用由碳纖維骨架強(qiáng)化的聚酯薄膜構(gòu)成，而它的“肌肉”則采用了壓電晶體，后者能夠根據(jù)施加在自身上的電壓而收縮或伸展。
馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學(xué)的Kevin Ma及同事在最新出版的《科學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。
機(jī)器蒼蠅中的微小零件——其中一些僅有微米大小——利用傳統(tǒng)的制作工藝是極其難以制造的，因此研究人員想出了一種與在彈出式圖書(shū)中所采用的模式類(lèi)似的折疊方法。他們利用柔性鉸鏈制造了一個(gè)可彎曲的平面材料薄層，從而使得三維結(jié)構(gòu)一下子變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。Ma解釋說(shuō)：“與直接制造三維結(jié)構(gòu)相比，將二維結(jié)構(gòu)通過(guò)折疊變?yōu)槿S結(jié)構(gòu)要容易得多。”
西雅圖市華盛頓大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Michael Dickinson指出：“制造這些能夠彎曲的小關(guān)節(jié)的能力對(duì)于那些與機(jī)械飛行無(wú)關(guān)的其他機(jī)器人的許多方面都有重要意義。”
Fearing認(rèn)為，這項(xiàng)研究工作“將帶來(lái)有關(guān)昆蟲(chóng)扇動(dòng)翅膀的空氣動(dòng)力學(xué)以及控制策略的更深刻理解”，這是緣于它所采用的工程體系“比一種動(dòng)物更容易修改或控制”。
這只機(jī)器蒼蠅僅有80毫克重，翼展3厘米。由于無(wú)法攜帶自身的電源，機(jī)器蒼蠅只好用一根“繩”拴在地上。它同時(shí)還依靠一臺(tái)計(jì)算機(jī)監(jiān)控其動(dòng)作，并調(diào)整其姿勢(shì)。盡管如此，它依然是迄今第一個(gè)能夠施展蒼蠅全部空中動(dòng)作——包括盤(pán)旋——的機(jī)器。
Fearing表示，目前對(duì)于獨(dú)立飛行的最大技術(shù)障礙是設(shè)計(jì)一款小到能夠被機(jī)器蒼蠅所攜帶的電池。目前能夠提供足夠動(dòng)力的最小電池也有0.5克重——這比機(jī)器蒼蠅所能支撐的重量的10倍還要多。Ma說(shuō)，他相信電池瓶頸在5到10年內(nèi)應(yīng)該能夠攻克。
如果研究人員能夠研制出這樣一款電池，同時(shí)再裝上超輕的傳感器，Ma認(rèn)為這種機(jī)器人將能夠應(yīng)用于倒塌建筑內(nèi)的搜索與營(yíng)救任務(wù)，或是在蜜蜂數(shù)量減少的時(shí)候作為給農(nóng)作物授粉的方法加以使用。（來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 記者 趙熙熙）
