北京
来源：滚动播报
（来源：中国航空报）
一个机器人既能像潜水鸟一样游泳，又能像鸟一样飞行，听起来像是把两种不同的机器拼凑在一起。但麻省理工学院和洛桑联邦理工学院的研究人员制造出了一个这样的飞行器，它仅用一对翅膀就能完成这两种动作。它没有螺旋桨，没有腿，也没有折纸式的折叠机构来切换模式。
大自然很久以前就掌握了这种技巧。大约有100种鸟类能够在水和空气之间流畅地穿梭，潜入水中捕食猎物，然后迅速腾空而起。据研究团队称，这个重250克的扑翼飞行器是第一个仅靠拍打翅膀就能完成整个循环——游泳、潜水、起飞和飞行——的鸟类大小的机器。这远比听起来要难，因为水的密度大约是空气的800倍，很少有设计能在不更换不同介质的硬件的情况下应对如此巨大的阻力变化。
诀窍在于两个设计选择。该飞行器依靠柔性翅膀和精确控制的拍打速度来克服这种密度上的突变。在水下，机翼可被动弯曲高达90%，从而减轻电机负载并缩短每次襟翼的有效后掠角。在空中，同样的机翼可以以高达11Hz的频率拍动。而在水下，该频率则降至0.1至6Hz之间。
这款扑翼飞行器还具有中性浮力，这意味着它既不会自行上浮也不会下沉。这一点至关重要，因为对抗浮力会迅速消耗有限的电池电量。
游泳和飞行是一回事，但真正的挑战——也是此前没有任何鸟类大小的飞行器能够实现这一飞跃的原因——在于两者之间那短暂的一瞬间：扑翼飞行器必须仅凭翅膀将自己推出水面。如果这个过渡环节出了差错，整个设计就会失败。
这款扑翼飞行器只需不到一秒的时间，通过8到10次振翅就能完成这一动作，但这仅限于一系列特定的条件。翅膀需要适中的刚度（既不能太硬，也不能太软），尾巴必须短而紧贴身体，出水角度必须接近70°。角度太平，尾巴会拖拽机器人；角度太垂直，机器人就会翻倒并落回水中。
除了工程上的成就之外，这款扑翼飞行器还能作为物理模型，用于验证关于真实潜水鸟类的理论。研究团队认为，鸟类在水下缩小翼展可能更多是为了提高速度而非节省能量，这一细节很难在活体动物身上验证，但在可控的扑翼飞行器模型中则更容易探索。
研究人员还指出，体型较大的潜水鸟类可能依靠腿部蹬地起跳，而这款扑翼飞行器完全省略了这一步骤。真实鸟类和这款扑翼飞行器似乎都处于相似的空气动力学效率范围内，这一效率可以用斯特劳哈尔数来描述，两者的斯特劳哈尔数都在0.2到0.4之间。
根据研究团队的数据，一旦飞行距离超过大约15.5米，飞行消耗的能量就比游泳少。因此，如果目的地足够远，这只机械鸟会选择爬出水面，飞过去，然后再潜入水中——这与人们选择绕湖行走而不是蹚过齐腰深的水的逻辑相同。
该系统目前还无法自主运行。迄今为止的测试都依赖于手动发射和简单的定时器或触发器激活。研究人员表示，下一步的重点是自主导航、提升在盐水中的性能以及延长航程和续航时间。如果这些目标能够实现，这款机器人将可用于环境监测——对湖泊、河流、海岸线和海洋生态系统进行采样，本质上是一款两栖无人机。
这款扑翼飞行器的材料成本约为300美元，而且使用的零件任何人都能轻易获得，因此价格低廉，易于复制。研究团队已经发布了开源的CAD文件，任何拥有家用3D打印机的人都可以自行制作。
麻省理工学院机械工程助理教授拉斐尔·祖弗雷说道：“我们梦想中的场景是，
海洋学家、海洋生物学家和沿海社区的居民可以从船上或岸边发射这款机器人，让它飞到目标区域附近，例如，冰山、港口设施或鲸群上方。它会潜入水中进行测量或采集样本，然后飞回地面，将数据送回，而成本仅为传统方法的几分之一。之后，它还可以再次潜入水中进行更多采集工作。”该研究成果已发表在《科学》杂志上。
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