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【导语】美国麻省理工学(xué)院(yuàn)科(kē)学(xué)家(jiā)取(qǔ)得(de)重(zhòng)大(dà)突(tū)破，研发出直径仅4厘米、速度与特技表现逼近真正昆虫的微型有翼机器人，其凭借高效控制器，能在几秒内急转弯、连续空翻，相关研究12月3日发表于《科学进展》，不过该机器人仍存在连接线束束缚等局限。

得益于高效的控制器，这个昆虫大小的机器人可以在短短几秒钟内完成急转弯和多次空翻。图片来源：《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(guó)麻(má)省(shěng)理(lǐ)工(gōng)学(xué)院(yuàn)（MIT）的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)朝(cháo)这(zhè)一(yī)目(mù)标(biāo)迈(mài)出(chū)了(le)重(zhòng)要(yào)一(yī)步(bù)。他(tā)们(men)研(yán)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(lùn)文作(zuò)者(zhě)、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，这些部件通常设计得纤薄而精致。昆虫能毫发无损地撞击玻璃窗并抵御强风，但微型飞行机器人却没这么耐用，这是因为合成材料根本无法与真正昆虫身体的韧性相媲美(měi)。

陈(chén)宇(yǔ)峰(fēng)团(tuán)队(duì)在(zài)先(xiān)前(qián)项(xiàng)目中已攻克许多硬件难题，成功研制出重量仅750毫克的耐用飞行器，单次续航可达1000秒。但它的控制器，即指导机器人行动的电子“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(de)微(wēi)型(xíng)机(jī)器(qì)人必须持(chí)续(xù)适(shì)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(gāo)效(xiào)控(kòng)制(zhì)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(bǔ)充(chōng)道(dào)，该(gāi)控(kòng)制(zhì)器(qì)真(zhēn)正(zhèng)的(de)“核(hé)心(xīn)技(jì)术(shù)”在(zài)于(yú)融(róng)入(rù)了(le)一(yī)个(gè)神(shén)经(jīng)网(wǎng)络(luò)—— 一(yī)种(zhǒng)模(mó)拟(nǐ)真(zhēn)实(shí)果(guǒ)蝇(ying)中(zhōng)枢(shū)神(shén)经(jīng)系(xì)统(tǒng)的(de)计(jì)算(suàn)机(jī)软(ruǎn)件(jiàn)或(huò)算(suàn)法(fǎ)。这(zhè)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(lí)米(mǐ)，重(zhòng)量(liàng)比(bǐ)一(yī)个(gè)回(huí)形(xíng)针(zhēn)还(hái)轻(qīng)，飞(fēi)行(xíng)速(sù)度(dù)几(jǐ)乎(hu)是(shì)现(xiàn)有(yǒu)微(wēi)型(xíng)机(jī)器(qì)人(rén)的(de)5倍(bèi)，加(jiā)速(sù)能(néng)力(lì)则(zé)提(tí)高(gāo)了(le)两(liǎng)倍(bèi)。它(tā)还(hái)可(kě)以(yǐ)在(zài)每(měi)秒(miǎo)160厘(lí)米(mǐ)的(de)阵(zhèn)风(fēng)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》）