仿蛾无人机采用自然反馈系统实现悬停与追光，无需人工智能

这款无人机的极值搜索反馈系统使其能在空中保持稳定，这解释了昆虫如何凭借微小大脑完成精确机动动作。

辛辛那提大学的研究人员开发出一款扑翼无人机，能够像飞蛾扑火般定位移动光源并环绕其悬停。该项目由该校工程与应用科学学院助理教授萨默赫·艾萨主导，有望为小型高效无人机的隐蔽侦察应用开辟道路。

艾萨及其航空航天工程专业的学生指出，关键在于模仿昆虫飞行。"我们的研究动机在于尺寸优化。这是更理想的设计方案，这类微型机器人必须像飞蛾一样飞行。"艾萨解释道。

飞蛾等悬停昆虫能在空中保持位置甚至倒飞。它们能凭借本能精准适应风力变化与障碍物。

艾萨团队的无人机具备相同能力，可通过持续微调保持与光源的距离和方位，即使光源移动时也是如此。

艾萨领导的建模、动力学与控制实验室专注于动物仿生工程。在早期研究中，该团队曾研发能像信天翁那样利用动态翱翔技术实现长距离高效飞行的无人机。

新型仿蛾无人机从昆虫的敏捷悬停中获取灵感，艾萨与博士生艾哈迈德·埃尔戈哈里运用名为"极值搜索反馈"的数学框架对此进行阐释。他们在研究中提出，悬停昆虫使用的正是类似的自然反馈系统。

论文第一作者埃尔戈哈里表示："我们的仿真表明，极值搜索控制能自然复现昆虫的稳定悬停行为，无需人工智能或复杂模型。"他补充说明，该系统依托"一种简单的无模型实时反馈原理"，这可能解释小型生物如何凭借有限脑力实现灵活飞行。

无需人工智能的实时控制

与传统依赖GPS或人工智能的无人机不同，这款扑翼无人机通过持续监测自身性能实现实时飞行调整。系统通过连续反馈优化目标（本例中为光源）。每片翅膀独立扑动以控制滚转、俯仰和偏航。在肉眼观察中，高速振翅如同蜂鸟翅膀般化作虚影。

无人机的反馈回路使其实现稳定悬停，甚至能复现飞蛾、熊蜂、蜻蜓、食蚜蝇、大蚊和蜂鸟特有的细微摆动姿态。

埃尔戈哈里与研究生罗汉·帕利尼库马尔在艾萨的飞行实验室（配备防护网确保人机安全）演示了无人机性能。这款由金属丝和织物制成的四翼无人机，可借助极值搜索系统起飞并锁定位置。埃尔戈哈里指出，手动控制的难度更高且稳定性更差。

飞行中的轻微晃动并非缺陷，而是控制过程的必要组成。这些微小振荡帮助无人机评估性能并进行稳定性与方向的微调。

自然工程师的启示

蜂鸟鹰蛾等悬停昆虫以"8字形"轨迹摆动翅膀，在双向扑动中产生升力。它们柔韧的翅膀每次拍打都会形变，从而获得卓越的操控性与敏捷度 —— 这正是辛辛那提大学工程师融入机器人设计的核心原理。

艾萨认为其意义超越无人机领域。"这可能改变生物物理学的诸多认知，"他强调，"如果飞蛾等悬停昆虫确实使用与我们等效的极值搜索反馈，这种机制很可能也进化存在于其他生物中。"

通过研究自然界最小飞行家，辛辛那提大学的科研人员正在揭示如何化繁为简实现精准稳定飞行，这些发现或将重塑无人机技术乃至人类对飞行本质的认知。

该项研究成果已发表于《物理评论E》。

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