MIT等研发可飞可潜水扑翼机器人

驱动中国10月21日消息 据《麻省理工科技评论》报道，麻省理工学院(MIT)与洛桑联邦理工学院(EPFL)的工程师团队开发出一种能够在空气和水之间切换运动的扑翼机器人。该装置名为“扑翼空中-水中载具”(flapping-wing aerial-aquatic vehicle, FAAV)，重量不足300克，可在水中游泳、从水面跃起并继续飞行，为未来低成本海洋观测与采样提供了新的技术方向。

水与空气是两种差异显著的介质，水的密度约为空气的1000倍，物体在其中运动需要不同的力学机制。不过，海鸥、海鹦等鸟类既能潜入水中游泳，也能重新跃出水面飞行。研究人员希望借助机器人复现这种跨介质运动能力，并将其用于需要频繁进入水域和空中环境的任务。

FAAV由中央机身、两片柔性机翼和一个可转向尾翼组成。机身内装有电池和防水电动马达，马达驱动曲轴，使机翼按照预设频率上下拍动。机翼采用薄膜结构，表面涂覆疏水纳米颗粒，有助于排出附着水分。尾翼同样由电机控制，可通过改变角度帮助机器人上升、下潜或调整姿态。

在水箱和瑞士日内瓦湖的实验中，由麻省理工学院机械工程系助理教授拉斐尔·祖弗瑞(Raphael Zufferey)带领的团队测试了不同机翼尺寸、拍动频率和尾翼角度组合，寻找能够平滑实现从游泳到飞行转换的参数。结果显示，中等尺寸、兼具柔性与刚度的机翼表现最佳：在水中能够降低拍动幅度，在空中又能提供足够升力。机器人采用的飞行速度和拍动频率与真实鸟类接近，70度俯仰角使其能够从水面跃入空中。

值得注意的是，不少潜水鸟类在离开水面时会依靠脚蹼划水辅助起飞，但实验表明，这款机器人并不需要脚部结构即可完成从水到空气的转换。研究团队认为，这一发现有助于简化跨介质飞行器的设计，也可能为未来新型无人机和水上-空中载具提供思路。

祖弗瑞表示，团队希望海洋学家、海洋生物学家以及沿海社区能够从船上或岸边释放该机器人，使其接近冰山、港口设施或鲸群等目标区域，再潜入水中进行测量或采集样本，随后返回并传回数据。相比传统方法，这一过程有望以更低成本完成多次往返采样。

下一步，研究人员计划开发既能拍动也能转向的机翼，并测试机器人在更复杂环境中的表现，包括在浪涌水面游泳以及在风中飞行。团队还希望将该机器人用于海洋科学研究中的高频、多点数据采集，以应对当前海洋观测面临的挑战。

从行业角度看，跨介质扑翼机器人结合了仿生飞行、水下运动和轻量材料设计，若能在真实海洋环境中稳定运行，可能扩展无人机在环境监测、海洋科研和沿海巡检中的应用边界。