空中昆蟲憑借急轉彎、急剎車和空中翻轉等精準動作，成為地球上最靈活的生物。長期以來，工程師致力于讓同尺寸飛行機器人或無人機具備類似敏捷性。如今，美國麻省理工學院（MIT）科學家在這一領域取得重要突破，其研發(fā)的微型有翼機器人在速度與特技表現(xiàn)上超越所有前代機型，敏捷度已逼近真實昆蟲。12月3日，相關研究成果發(fā)表于《科學進展》期刊。

美國內華達大學里諾分校航空航天工程師Hoang-Vu Phan評價，這款新設備是“微型機器人性能的巨大飛躍”，讓該領域更接近能執(zhí)行現(xiàn)實任務的自主昆蟲尺寸飛行機器人。

盡管無人機等飛行器日益精密，但縮小至昆蟲大小面臨諸多挑戰(zhàn)。論文作者、MIT工程物理學家陳宇峰指出，所有部件需從零設計：微型電機效率隨尺寸縮小而降低，微弱氣流擾動會對撲翼和纖細關節(jié)造成負擔，且合成材料難以匹配昆蟲身體的韌性，導致微型機器人耐用性不足。

陳宇峰團隊此前已攻克多項硬件難題，研制出重量僅750毫克、單次續(xù)航1000秒的耐用飛行器，但控制器成為新難題。為實現(xiàn)空中加速、轉向和翻轉，微型機器人需持續(xù)適應氣流與摩擦力變化，這要求控制器具備處理不確定性的高效能力。

論文作者、MIT天體物理學家兼航空工程師Jonathan How通過管狀模型預測控制器（MPC）解決了這一問題。該控制器在機器人中心軌跡周圍設置管狀緩沖區(qū)，可避免因干擾撞到危險區(qū)域，其核心技術是融入模擬果蠅中樞神經系統(tǒng)的神經網絡，能快速規(guī)劃最優(yōu)路徑，讓機器人以“非自毀方式”完成空中旋轉。

最終研發(fā)的機器人直徑僅4厘米，重量輕于回形針，飛行速度接近現(xiàn)有微型機器人的5倍，加速能力提升兩倍，可在每秒160厘米的陣風下急轉彎，11秒內連續(xù)完成10次空翻，展現(xiàn)出此前僅在真實昆蟲身上可見的速度、敏捷性和魯棒性。

不過，該機器人仍存在局限。加拿大多倫多大學機器人學家Pakpong Chirarattananon指出，最突出的問題是連接線束的束縛——昆蟲尺寸電池續(xù)航不足，設備需連接外部電源，限制了活動范圍。此外，團隊還希望設計可安裝在機器人上的小型攝像頭和傳感器，以提升其在搜索救援任務中的應用價值，例如地震后的裂縫探測。對于輔助授粉任務，How認為當前技術水平尚無法實現(xiàn)讓機器人安全降落在嬌嫩花朵上。

相關論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.aea8716

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