如今，如果你想要一臺(tái)身形小巧、操控靈敏、速度快的飛行器，四軸飛行器是最好的選擇，它們?cè)靸r(jià)相對(duì)便宜，普通人就能操控。不過(guò)，從理論上來(lái)講它并不是最棒的飛行平臺(tái)，因?yàn)樽匀唤缋锟蓻](méi)有這樣的怪家伙，動(dòng)物們都靠扇動(dòng)翅膀飛行，因?yàn)檫@樣的的飛行方式效率更高，而且機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)。不過(guò)，人類現(xiàn)有的技術(shù)暫時(shí)還無(wú)法制造類似動(dòng)物的翅膀，此外對(duì)飛行姿態(tài)的控制也是難上加難。因此，我們依然要靠四軸飛行器。
不過(guò)，科技進(jìn)步無(wú)止境，來(lái)自伊利諾伊大學(xué)和加州理工學(xué)院的 Alireza Ramezani、Soon-Jo Chung 和 Seth Hutchinson 誓要將跨過(guò)這兩道坎，給機(jī)器人插上翅膀。于是他們開(kāi)始動(dòng)手研發(fā)機(jī)器蝙蝠了。
機(jī)器蝙蝠（B2）的研發(fā)歷時(shí)數(shù)年時(shí)間，去年研究人員在斯德哥爾摩的 ICRA（國(guó)際機(jī)器人頂級(jí)會(huì)議）上發(fā)表了一篇論文。現(xiàn)在，B2 則登上了權(quán)威雜志《Science》子刊《Science Robotics》的封面，因此我們決定再來(lái)說(shuō)說(shuō)機(jī)器蝙蝠的現(xiàn)狀。
蝙蝠的翅膀與鳥(niǎo)類完全不同，其差異可不只翅膀上有沒(méi)有羽毛覆蓋。通常，當(dāng)機(jī)器學(xué)家制作類鳥(niǎo)或類昆蟲(chóng)型的機(jī)器人時(shí)，它們會(huì)盡力去模仿此類動(dòng)物的翅膀，或者在整個(gè)翅膀結(jié)構(gòu)中加入幾個(gè)剛性部件。
不過(guò)，蝙蝠的翅膀工作原理有所不同，其翅膀的底層結(jié)構(gòu)是由變質(zhì)的肌肉骨骼系統(tǒng)組成的，這套系統(tǒng)自由度（DoF）大于 40，扇動(dòng)翅膀時(shí)，蝙蝠身上的某些骨頭甚至?xí)鲃?dòng)變形。此外，蝙蝠翅膀表面表面覆蓋了一層具有柔韌度調(diào)節(jié)能力的非均質(zhì)薄膜。研究人員表示，如此復(fù)雜的飛行系統(tǒng)讓蝙蝠獲得了超高的敏捷度，但也提高了人們?cè)跈C(jī)器人身上復(fù)制這套飛行系統(tǒng)的難度。
由于無(wú)法完整的復(fù)制蝙蝠“恐怖”的自由度（會(huì)造成機(jī)器人過(guò)于沉重和復(fù)雜），研究人員決定將其自由度從 40 直接降到 5（包括肩部、肘部動(dòng)作，手腕彎曲和腿部與尾巴的左右彎曲）。這樣的機(jī)器蝙蝠雖然不算完美，但已經(jīng)可以擁有蝙蝠 57% 的飛行能力。研究人員打造的 B2 機(jī)器蝙蝠與埃及果蝠大小類似，翼展為 47 厘米，重量?jī)H為 93 克。
機(jī)器蝙蝠的核心組件
B2 需要用到 5 級(jí)自由度是翼面形態(tài)的要求，伸展、彎曲和扭曲等動(dòng)作都會(huì)影響翼面的底層結(jié)構(gòu)，引發(fā)空氣動(dòng)力學(xué)上的巨大變化。
B2 的翼面由柔性硅膠膜制成，其厚度僅為 56 微米，因此要想控制這樣的“翅膀”完成飛行任務(wù)是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。最終，研發(fā)人員用閉環(huán)反饋法解決了這一問(wèn)題。
眼下，B2 已經(jīng)能在保持穩(wěn)定的情況下完成直飛、俯沖和轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作，還原蝙蝠的大部分飛行形態(tài)了。
蝙蝠是種頗為神奇的動(dòng)物，它不但能倒吊在洞穴中，還能將抓到的昆蟲(chóng)藏在翅膀中帶回家享用。不過(guò)，雖然眼下 B2 還不能復(fù)制所有蝙蝠的能力，但它已經(jīng)幫研究人員深入了解了蝙蝠的工作方式，蝙蝠如何扇動(dòng)翅膀、如何控制飛行狀態(tài)都不再是個(gè)謎。
未來(lái)，動(dòng)作靈活的機(jī)器蝙蝠可以負(fù)責(zé)完成許多極限飛行任務(wù)（如狹窄空間中），研究人員也非?？春盟磥?lái)在建筑工地中的應(yīng)用。
機(jī)器蝙蝠的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)可能還遙遙無(wú)期，但要想將其變成現(xiàn)實(shí)，研究人員就必須繼續(xù)努力探索如何完成電池、驅(qū)動(dòng)器和計(jì)算設(shè)備的小型化和輕量化。
