美国工程师设计仿生翅膀延长微型机器人续航

美国工程师受蚱蜢飞行机制启发，设计出新型仿生翅膀，通过滑翔延长微型机器人续航。这项研究旨在解决微型飞行器面临的核心难题：高功耗与笨重电池。

普林斯顿大学研究团队借鉴美洲蚱蜢独特的飞行力学，为昆虫尺度机器人建立了新模型。蚱蜢笨拙低效的飞行方式，可能恰好破解机器人领域的重大能源困局。

传统微型机器人多以蜜蜂为蓝本，但这种设计能耗巨大，导致多数微型机器人起飞不久便需紧急充电。为此，研究团队开始深入探究蚱蜢如何在跳跃、扑翼与滑翔三种模式间切换。

机械与航空航天工程副教授艾米·维萨指出："滑翔是种低成本的飞行模式。"蜜蜂等昆虫依赖的扑翼飞行能耗极高，对于昆虫尺寸的机器人而言，支撑持续扑翼所需电池的重量往往超过机体承载力。而蚱蜢采用的廉价飞行模式——滑翔——能有效保存能量，使机器人可在需要时分配动力推进，在节能时展开翅膀滑行。

维萨团队与伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的生物学家合作，对真实蚱蜢翅膀展开研究。蚱蜢虽有两对翅膀，但研究人员专注解析后翅的高效飞行奥秘。后翅呈现褶皱状的"峰谷"三维结构，兼具双重功能：既提供扑翼所需的结构完整性，又能在闲置时整齐折叠。

通过高分辨率CT扫描，研究人员发现蚱蜢的"手风琴式"翅膀具有独特机械优势：收拢时可增强地面移动能力，展开时能以最小阻力实现弹射起飞。

为验证设计，团队将3D打印翅膀浸入水槽绘制流体动力学图谱，借助水流优化翼型空气动力学形态。优化后的翅膀被装配到轻质框架上，在普林斯顿机器人实验室进行抛射测试。高速动作捕捉摄像机记录显示，这些合成滑翔器实现了重要突破——其飞行效率已与真实蚱蜢持平。

研究还发现一个反直觉现象：虽然真实蚱蜢翅膀为便于折叠形成尖锐峰谷褶皱，但实验表明光滑翼型反而滑翔效率更高。作为项目首席研究员，维萨补充道："这说明褶皱结构可能因其他原因进化形成。"自然选择似乎为了结构需要牺牲了部分气动性能，这些脊状结构可能有助于翅膀折叠或应对大迎角飞行。

团队接下来的挑战是如何在不增加沉重电机的前提下，实现翅膀自动展开与收拢。若攻克此难关，新一代救援机器人将不再只是嗡嗡振翅——它们能凭借单次充电实现跳跃、爬行与翱翔的多元运动模式。

该研究成果已于1月7日发表于《皇家学会界面杂志》。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！