蝙蝠是动物王国中最不寻常的飞行者之一。与鸟类不同，这些毛茸茸的飞行哺乳动物可以动态地重塑和变形它们的翅膀，以产生最大的推力并在原地悬停。它们翅膀柔软的膜，更像是人类的手臂而不是鸟类的翅膀，也非常灵活，这意味着蝙蝠可以调整自身来挤进狭小的通道。
现在，东北大学的研究人员正在借鉴这些独特的元素，并将它们应用到一个名为“Aerobat”的全自动飞行无人机上。他们相信，这种受蝙蝠启发的机器人最终可以用于导航下水道、洞穴以及其他目前飞行机器人难以进入的狭窄通道。
蝙蝠是“根本上与众不同”的飞行者
研究人员上个月底在《国际机器人研究杂志》上发表了他们的发现，他们使用刚性和柔软的 3D 打印材料组合来构建 Aerobat 的翅膀。就像它们的现实原型一样，Aerobat 薄而灵活的翅膀在向下拍打时展开，在向上拍打时收缩。该论文称，这种运动会产生“周期性气流”，用于最大化净正空气动力。其结果是一种非常高效的维持飞行的方法。
“一些文献将蝙蝠的飞行比作在空中跳舞，”东北大学电气与计算机工程副教授兼该论文的首席作者 Alireza Ramezani在一份声明中表示。“它们不仅仅是飞行，而是以极大的从容在空中跳舞。它们试图操纵流动的环境，这一点蝙蝠独有。”
除了翅膀，Aerobat 还使用摄像头来确定其位置和方向。然后，机载计算机用于自动飞行控制。人类仍然需要手动决定 Aerobat 的最终目的地。但一旦确定，这款机器人蝙蝠就会扇动翅膀，完全自主地导航到目的地。然后 Aerobat 可以悬停在原地，并使用一组传感器收集其环境数据。
“整个想法是设计能够驱动我们进入极其狭窄和封闭环境的仿生无人机，”Ramezani说。Ramezani 过去三年一直致力于研究如何将蝙蝠的运动融入飞行设备。Aerobat 的一个早期原型版本，名为“Bat Bot”，曾出现在 2017 年《自然》杂志的一篇文章中。
现代机器人从生物体中汲取灵感
科学家们从大自然中汲取灵感并非新鲜事。之前受鸟类启发的四旋翼无人机使用了类似鹰爪和脚垫的设计，可以抓住岩石边缘并平稳地降落几乎任何地方。其他研究人员已经开发了基于长腿蜘蛛、蟑螂、狗和早已灭绝的海洋生物的机器人，仅举几例。在所有这些案例中，生物体自然存在的运动和功能的优雅性正在帮助研究人员解决现实世界的问题。
对于 Aerobat 来说，这意味着有一天它可能被用于收集下水道系统或其他难以进入的基础设施区域的数据。研究人员表示，他们的机器人还可以配备深度感应摄像头进行环境监测。如果成功，Aerobat 将加入越来越多用于监测核设施和其他人类难以进入的危险区域的新机器人行列。
“关键在于，我们被封闭环境所包围，而我们缺乏能够帮助我们进行遥感和其他应用的高速机器人，”Ramezani 说。
