250克的机器鸟，既会游泳又会飞：MIT让“水空切换”变成了拍几下翅膀的事

会游泳的机器人很多，会飞的机器人也很多，但既会游泳、又能原地起飞的机器人，放眼全球也屈指可数。因为它要跨越的，是一道“水”与“天”之间近乎不可逾越的物理鸿沟。

前不久，麻省理工学院（MIT）与洛桑联邦理工学院（EPFL）的联合团队，把这道鸿沟踩在了脚下。他们造出了一台重约250克、纯粹靠拍打翅膀就能在“水下游泳—水面腾空—空中飞行”三种状态间自由切换的仿生机器鸟，研究成果已发表在顶级期刊《科学》（Science）上。

01.

为什么两栖机器人这么难？

一个反常识的物理事实是，水的密度，大约是空气的800倍。

这意味着，同一个结构，在空气里能靠气动力飞起来，到了水下却要对抗数百倍的阻力和浮力。过去那些尝试“水空通吃”的机器人，几乎都要靠叠加复杂度来“硬刚”——加可折叠的机翼、加螺旋桨、加腿部推进机构……结果往往是机器人越做越大、越做越重，功能上看似“能下水也能上天”，实际上“两头都不精”。

而这台机器鸟的高明之处，恰恰是做减法：没有螺旋桨、没有腿部支撑、没有任何复杂的折叠结构，只靠一对翅膀。整个水空切换过程干净得像做一次深呼吸。

02.

此前的“两栖”，大多是拼装出来的？

其实，“既能在水里又能上天”的机器人并非第一次出现，但此前的方案大多是“拼装”出来的。

例如，MIT 的 Medusa 和 Gibbs Humdinga 这类跨介质平台，正是拼装的典型——它们要么在不同形态之间笨重地切换，要么像两栖车一样依赖轮、桨两套推进装置，体积庞大，且始终离不开额外的动力结构。真正像今天这台机器鸟一样，用同一套肢体、同一种动力，就自然地完成水空转换的，几乎还是空白。

这也是为什么这项成果会被《科学》杂志收下：它不是在“现有机器人上加一个功能”，而是从仿生学出发，重新思考了“运动”这件事本身。

03.

一对翅膀，怎么同时干两件事？

最大的技术难题在于，同一对翅膀，怎么既能适应水的阻力，又能“扛起”空气的升力？

MIT 团队给出的答案是——柔性翅膀 + 精密控制拍打频率。

• 在水下：翅膀会被动弯曲到90度，像鸟收起翅膀贴身一样，大幅降低电机的负荷、缩短单次拍打的有效行程，此时拍打频率维持在每秒0.1到6次，配合中性浮力设计，机器鸟在水中不沉不浮，稳稳当当还能省钱省电。

• 在空气中：机器鸟依靠同样的翅膀结构，以每秒11次的频率快速拍打，依靠高速扑动获得足够的升力维持飞行。

一套结构，两种工况，靠的是把“力”的设计主动权从肌肉（电机）转移到“形态”上——翅膀会在不同介质里“变成”它需要的形状。

这正是仿生的精髓。

04.

最惊险的一瞬间：从水面腾空

机器鸟两栖切换里最惊心动魄的环节，毫无疑问是跃出水面的那一瞬间。

毕竟在这一瞬间机器鸟要顶着巨大的水阻，在一瞬间把自己整个“拔”出水面，还得分秒必争地抓到空气动力。

研究团队透露，整个腾空过程需要在不到1秒内完成8到10次翅膀拍打，一举跃出水面。

而且，这个“起跳角度”极其讲究——出水角度必须控制在70度左右：

• 角度太平，尾翼会在水面拖出阻力，飞起不来；

• 角度太垂直，机器鸟又容易失去平衡，一个翻身跌回水里。

数据实验里反复打磨出的这个“黄金70度”，就是这台机器鸟最见功力、也最容易被忽略的技术细节。

05.

一次工程突破，还顺带解开了一个生物之谜？

这台机器鸟不只是工程上的突破，它还给生物学家递上了一把“尺子”。

自然界里，大约有100种鸟能够在水陆空之间自如切换——它们潜水捕食，然后直接从水面起飞。过去，学界普遍猜测鸟在水下收缩翅膀是为了“省力”，但通过这台机器鸟的对照实验，团队提出了一个新的可能：水下收翅，或许是鸟类为了游得更快，而非单纯节能。

更有意思的是能耗数据：当单次航程超过15.5米时，飞行比游泳更省能量——这正好契合了现实中鸟类在长距离移动时“更爱飞、不爱游”的行为逻辑。

一台机器鸟，反过来验证了自然界的演化智慧。

06.

300美元，一个可以下水的“无人机”

难得的是，这台实验室级的研究成果，一点也没端着架子。

据团队介绍，这台机器鸟的制造成本大约只需300美元，而且 CAD 设计文件已经开源。项目负责人、MIT 机械工程助理教授 Raphael Zufferey 给出了一个很实在的愿景：让海洋学家、海洋生物学家乃至沿海社区，都能用上这种低成本的“两栖无人机”，去完成环境监测、样本采集、观测海洋生物等任务。

你甚至可以想象这样的场景：台风来临前，一群250克的机器鸟从科研船上起飞，掠过海面潜入水下，查看珊瑚礁的健康状况，再浮出水面飞回岸边。几百美元的成本，让它不再只是实验室的“奢侈品”，而是可以批量放飞的采样工具。

当然，它现在还处于实验室测试阶段，自主导航、海水环境适应性、续航能力都还有很长的路要走。但方向已经清晰：让机器人像鸟一样，自由穿梭于水面与天空，正在变成“三百美元就能买到”的现实。