“蝙蝠机器人”能带人类飞向更远吗

  本文摘要：一只需要自律飞行中的蝙蝠机器人攀上了《科学·机器人学》的封面。研究团队报告说道，他们仿效蝙蝠的生理结构，用新型材料生产出有了这种机器蝙蝠。它体型较小，重约93克，翼展大约47厘米，需要像蝙蝠一样飞翔。 事实上，虽然四轴飞行器在无人机领域有数广泛应用，但依然相比之下比不上大大自然“生产”的飞行中生物，例如鸟类和蝙蝠。尤其是蝙蝠，其飞行中机制，在动物中是最简单之一，仿效其结构的“蝙蝠机器人”需要适应环境普通四轴飞行器无法施展的类似环境，用途普遍。

一只需要自律飞行中的蝙蝠机器人攀上了《科学·机器人学》的封面。研究团队报告说道，他们仿效蝙蝠的生理结构，用新型材料生产出有了这种机器蝙蝠。它体型较小，重约93克，翼展大约47厘米，需要像蝙蝠一样飞翔。

事实上，虽然四轴飞行器在无人机领域有数广泛应用，但依然相比之下比不上大大自然“生产”的飞行中生物，例如鸟类和蝙蝠。尤其是蝙蝠，其飞行中机制，在动物中是最简单之一，仿效其结构的“蝙蝠机器人”需要适应环境普通四轴飞行器无法施展的类似环境，用途普遍。值得注意的是，《科学·机器人学》系由顶级学术刊物《科学》杂志的子刊，于去年12月创刊。

在人工智能如火如荼的今天，杂志对“蝙蝠机器人”的报导，向我们特别强调了机器人学的另众多分支——仿生机器人。有专家认为，传统仿生机器人不存在“形如而神近于”的问题。

目前，学界相反着拳法混合结构，仿生结构、材料、驱动一体化，神经元细致掌控，高效能量切换的类生命系统方向发展。近年也经常出现了机器苍蝇、机器蝴蝶等一大批或应用于前景普遍、或设计概念精致的仿生机器人。亮点“蝙蝠机器人”可实现自律飞行中某种程度是飞行中生物，蝙蝠的飞行中能力比鸟类无法仿效得多：不同于鸟类翅膀由中空骨头承托的简洁结构，作为哺乳动物的蝙蝠，其翅膀由扎实的骨头、关节和皮肤构成。科学家找到，蝙蝠的翅膀极为灵活性，享有多达40个关节，科学家称作“40个维度”。

“蝙蝠的飞行中能力是空中机器人梦寐以求的。它能继续执行简单的飞行中技能，比如反转栖息于和较慢弯道。

蝙蝠还有非常复杂的机翼运动，有多达40个关节和十分厚的膜翅膀。”论文的通讯作者、加州理工学院教授Soon—Jo Chung说道。因为这些灵活性的关节，科学家找到，蝙蝠需要通过类似于“曲肘”或“刷腕”的动作掌控向前或向后飞行中。而且，在每个翼跳跃周期期间，有些骨骼不会随着翅膀扇动变形，以掌控飞行中姿态。

相比于鸟类，蝙蝠具备难以置信的机动性，能用翅膀截击昆虫。早的时候，一项来自美国南加利福尼亚大学的研究表明，一般鸟类一般来说只利用双翼向上运动产生升力，而蝙蝠在飞行中时，双翼向下运动某种程度可以产生升力。

蝙蝠灵活性的翅膀令其科学家赞叹不已，但生产“蝙蝠机器人”也因此显得十分困难，对机器人建模、设计和掌控明确提出了大量技术挑战。来自美国伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校和加州理工学院的科研团队经过数年探寻，于去年研制了取名为Bat Bot（B2）的“蝙蝠机器人”，并攀上了2017年2月份近期一期的《科学·机器人学》封面。

由于种种容许，研究团队并没几乎仿效蝙蝠的翅膀结构，他们只参照了蝙蝠的5个维度：肘部、肩部、腿部、腕部和尾部的运动。虽然与蝙蝠相去甚远，但团队指出，“蝙蝠机器人”可以拷贝蝙蝠57％以上的飞行中动作。最令人眼前一亮的是，“蝙蝠机器人”的飞行中需要远程操作者，而是通过机载计算机和几个传感器掌控，根据有所不同环境自律导航系统。

Soon—Jo Chung讲解，为构建“蝙蝠机器人”自律飞行中，它使用机载的自定义电子部件，导航系统和控制算法在主控板上动态运营，而处置传感器数据和掌控制动器用的是分开的数据采集器。传感器包括一个惯性测量装置（IMU）和五个坐落于肘部、臀部和翅膀关节处的磁编码器。Soon—Jo Chung回应，目前“蝙蝠机器人”已可以顺利飞往30米，其通过调节左右翼和尾部的关节，使薄膜变形，从而达成协议自律飞行中。这些关节都有简单的算法展开协商，使得机器人可以如同蝙蝠一般飞行中，还包括弯曲飞过和低空。

“相比于四轴飞行器，‘蝙蝠机器人’具备许多实际优势：在有人环境中，‘蝙蝠机器人’坚硬的翅膀是最明显优势。它会像四轴飞行器或者其他旋翼航空器那样，因其刚性材料的螺旋桨和低噪音对人类包含潜在危害。

相比之下，翼部主要由柔性材料包含的‘蝙蝠机器人’即使撞击，也会对自身和障碍物导致相当大损毁，而且较低频率的翅膀扇动也不会减少噪音。”公开发表于《科学·机器人学》的论文这样叙述其优势。

报告称之为，“蝙蝠机器人”的机翼由具备低延展性的柔性硅胶膜做成，只有56微米薄；而骨架由碳纤维包含；整体重约93克，翼展大约47厘米。科研团队期望，这种高度灵活机动的机器人需要替代四旋翼无人机沦为人类的好帮手，它的机翼可以变为任何形状以在建筑勘测中避免横梁，或者在危险性地域展开侦察协助救灾。当然，“蝙蝠机器人”的研究刚跟上。

研究人员回应，目前的机器人飞行中时间不受电池容量的容许，而且现在还太易损坏，继续还无法投放生活中用于。论文还提及，研究人员正在研究如何让“蝙蝠机器人”腿。评点人造物仍无法与飞行中生物相媲美飞鸟、昆虫以及哺乳动物中的蝙蝠等在上亿年演化历史中，经过大大适应环境和优化自由选择，其在形态、运动方式、能量利用等方面，超过了完全极致的程度，为空中仿生机器人的设计获取了很好的糅合。

甚至到今天，虽然人类需要用上以数马赫巡弋的固定翼飞机，但在细致飞行中方面，人造物仍无法与大大自然“生产”的飞行器相媲美。在飞机设计领域，“只要发动机大，板砖飞上天”这句极具冷幽默的话常常被爱好者乃至从业人员悬挂在嘴边，其体现了人造飞行器的某种发展方式：通过强劲的动力来补偿空气动力学的缺失。这就造成一个问题：传统的固定翼飞机尺寸和飞行速度减少到一定数量级时，其产生的升力就足以保持飞行中；旋翼型飞机虽然需要微型化，但是机动性方面仍约将近人们拒绝，距离鸟类乃至蝙蝠更加相去甚远。

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