近年來(lái)，已經(jīng)有越來(lái)越多的仿生機(jī)器人面市，如模仿夜猴跳躍能力的“跑酷”機(jī)器人、模仿章魚(yú)的軟體機(jī)器人等。最近，美國(guó)加州工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一款仿生蝙蝠機(jī)器人Bat Bot B2。其外形和飛行動(dòng)作，與真蝙蝠非常相似，可自動(dòng)飛行，其研究成果發(fā)表在新一期的《科學(xué)機(jī)器人》雜志上。

Bat Bot B2仿生蝙蝠機(jī)器人，資料圖

據(jù)悉，這款仿生蝙蝠擁有復(fù)雜的襟翼，是一種完全自我控制、可實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航的機(jī)器人。它有一個(gè)機(jī)載計(jì)算機(jī)和幾個(gè)傳感器，使其在環(huán)境中飛行過(guò)程中自我定位，以及確定肘、臀部和關(guān)節(jié)的相對(duì)位置。研究人員沒(méi)有為Bat Bot B2每個(gè)關(guān)節(jié)安裝制動(dòng)器，而只是為翼關(guān)節(jié)安裝了制動(dòng)器，從而使機(jī)體更薄、更輕，使其總重僅93克。

Bat Bot機(jī)器人構(gòu)造。圖中，A圖是一個(gè)機(jī)載計(jì)算機(jī)和幾個(gè)傳感器，可使B2在環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。B圖是動(dòng)態(tài)模量分析。C圖是定制硅基薄膜和嵌入式碳纖維。資料圖

機(jī)身構(gòu)造

具體來(lái)說(shuō)，該蝙蝠機(jī)器人無(wú)人機(jī)由一塊微處理器、一個(gè)6自由度慣性測(cè)量單元、5個(gè)直流電機(jī)、碳纖維框架、3D打印零部件組成、硅基薄膜機(jī)翼等組成，飛行起來(lái)酷似一只蝙蝠。

據(jù)研發(fā)人員介紹，為實(shí)現(xiàn)蝙蝠機(jī)器人的自主飛行，它采用了機(jī)載的定制電子部件，導(dǎo)航和控制算法在主控板上實(shí)時(shí)運(yùn)行，而處理傳感器數(shù)據(jù)和控制制動(dòng)器用的則是單獨(dú)的數(shù)據(jù)采集器。其中，傳感器包含有一個(gè)慣性測(cè)量裝置（IMU）和五個(gè)位于肘部、臀部和翅膀關(guān)節(jié)處的磁編碼器。

B2飛行機(jī)制和電子結(jié)構(gòu)概述。A圖：B2的飛行機(jī)制和它的DOFs。B圖：臂翼只保持一個(gè)致動(dòng)運(yùn)動(dòng)，該動(dòng)作是由位于肩部的主軸機(jī)制產(chǎn)生的推拉運(yùn)動(dòng)。C圖：腿部機(jī)制。D圖：B2的電子結(jié)構(gòu)。資料圖

飛行機(jī)制

至于這款機(jī)器人的飛行機(jī)制，也是模擬了蝙蝠飛行時(shí)翅膀的復(fù)雜動(dòng)作，使其可像真正的蝙蝠那樣在空中飛行和轉(zhuǎn)彎。它全身只有9個(gè)關(guān)節(jié)連接處，而蝙蝠則有40個(gè)。據(jù)了解，其骨頭是用碳素纖維制成的，翅膜則由定制的硅樹(shù)脂材料制成，厚度僅56微米。

該機(jī)器人的飛行過(guò)程由計(jì)算機(jī)操控，飛行時(shí)長(zhǎng)則受電池容量限制。不過(guò)，目前這款蝙蝠機(jī)器人模型還是太容易破損，無(wú)法投入現(xiàn)實(shí)生活中使用，但日后經(jīng)過(guò)加工完善，會(huì)有很好的應(yīng)用。

該機(jī)器人模仿了蝙蝠飛行時(shí)翅膀的復(fù)雜動(dòng)作。資料圖

功能及改進(jìn)

目前，蝙蝠機(jī)器人可以完成平穩(wěn)飛行、巡航（直線飛行的同時(shí)以高至10赫茲的速率拍動(dòng)翅膀）、傾斜飛行、急速俯沖等多類動(dòng)作。

不過(guò)，目前，它還依賴視覺(jué)傳感器來(lái)感知周圍環(huán)境。今后，科研人員將對(duì)它進(jìn)行多方面的改進(jìn)。開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)稱，讓這款無(wú)人機(jī)嚴(yán)格模仿蝙蝠飛行不是他們的目標(biāo)。團(tuán)隊(duì)成員計(jì)劃從生物系統(tǒng)學(xué)習(xí)，以改進(jìn)當(dāng)前的技術(shù)和設(shè)計(jì)的小型空中無(wú)人機(jī)。例如，可以使用蝙蝠的機(jī)翼變形機(jī)制，使用獨(dú)立的機(jī)翼折疊和腿部運(yùn)動(dòng)來(lái)提出更好的飛行方式，從而控制未來(lái)的飛機(jī)。

蝙蝠機(jī)器人無(wú)障礙俯沖飛行時(shí)的GIF圖，資料圖

未來(lái)應(yīng)用

在未來(lái)，工程師們希望這種高度靈活機(jī)動(dòng)的機(jī)器人，能夠替代四旋翼無(wú)人機(jī)，成為人類的好幫手。相比四旋無(wú)人機(jī)，蝙蝠機(jī)器人不使用高速轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)翼或發(fā)出任何其他響亮聲音，所以它相對(duì)不會(huì)引人注目。另外，其機(jī)翼可變成任何形狀，以在建筑勘測(cè)中避開(kāi)橫梁，且能自主飛行，因此可在危險(xiǎn)區(qū)域更高效地進(jìn)行偵查，幫助救災(zāi)。