2021 年，一組來自中國的科學(xué)家設(shè)計了 RoboFalcon——一種受鳥類啟發(fā)的撲翼機(jī)器人，具有新設(shè)計的機(jī)制，可以驅(qū)動能夠飛行的蝙蝠式變形翅膀。雖然這種受生物啟發(fā)的機(jī)器人在巡航速度下表現(xiàn)良好，但它無法在沒有幫助的情況下以較低的速度飛行或起飛。

現(xiàn)在，同一組研究人員已經(jīng)升級了他們的設(shè)計。他們的工作發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上，描述了 RoboFalcon 2.0，它結(jié)合了 800 克的機(jī)身和機(jī)翼中的可重新配置機(jī)制，可在一個翼拍中耦合拍打、掃掠和折疊。這種更復(fù)雜的機(jī)翼系統(tǒng)使 RoboFalcon 2.0 能夠在沒有幫助的情況下起飛，并以較低的速度保持飛行。

大多數(shù)以前的仿生飛行機(jī)器人都依賴于模仿昆蟲或蜂鳥式對稱懸停的單自由度 （DOF） 機(jī)翼運(yùn)動學(xué)，而不是大型鳥類和蝙蝠使用的三個自由度運(yùn)動學(xué)——簡單地描述為翅膀拍打、掃過和折疊。為了重現(xiàn)這些更復(fù)雜的機(jī)翼運(yùn)動，該團(tuán)隊(duì)使用解耦器的組合開發(fā)了可重新配置的機(jī)制，使拍打、掃掠和折疊 （FSF） 能夠在一次翼拍中發(fā)生。

“這些機(jī)制確保 RoboFalcon2.0 能夠使用腹側(cè)前拍打下沖程和收起向上沖程來產(chǎn)生升力和推力，即鳥式起飛。在拍打期間，還可以調(diào)整機(jī)翼后掠和折疊幅度以控制俯仰和滾動，“研究作者解釋道。

該團(tuán)隊(duì)使用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、模擬和真實(shí)飛行測試來分析設(shè)計的性能。風(fēng)洞測試和模擬表明，增加機(jī)翼后掠角可以增強(qiáng)升力和俯仰動量，有助于起飛和俯仰控制。作者還表示，F(xiàn)SF 機(jī)翼運(yùn)動的起飛和俯仰控制能力已通過他們的真實(shí)飛行演示得到驗(yàn)證。

雖然新設(shè)計在逼真飛行機(jī)器人的工程上向前邁進(jìn)了幾步，克服了自主起飛的障礙，但團(tuán)隊(duì)相信未來可以進(jìn)一步改進(jìn)。他們說，需要尾部升降機(jī)才能在高速行駛時保持穩(wěn)定性，并且起飛時的能源效率低于昆蟲規(guī)模的機(jī)器人或真正的鳥類。他們還發(fā)現(xiàn)，RoboFalcon 2.0 的現(xiàn)實(shí)世界懸停能力因缺乏偏航控制而受到限制。

研究作者寫道：“這里提出的驅(qū)動機(jī)制在機(jī)械技術(shù)范圍內(nèi)更大程度地模擬了飛行脊椎動物低速飛行的運(yùn)動學(xué)，并通過部署適當(dāng)?shù)那夫?qū)動策略降低了姿態(tài)控制的復(fù)雜性。這使得使用腹前下沖程和收起上沖程的機(jī)器人撲翼起飛成為可能，為受鳥類啟發(fā)的機(jī)器人和鳥類運(yùn)動研究提供了替代視角和方法。