新知｜仿生蝴蝶翩翩飞舞，机器人版“动物国际”真美妙

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于梅君

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编缉、视频制造：于梅君

在本年央视春晚舞台上，江西小伙郭先彦开发的仿生机械蝴蝶，随同身穿非遗服饰的李子柒冷艳露脸。在科技飞速展开的今日，像机械蝴蝶这样的仿生智能机器人，正逐渐走进咱们视界。那么，动物们都有哪些“超才能”，又是怎么与智能机器人奇妙结合的？

看！仿生蝴蝶和蜻蜓飞来了

露脸本年春晚舞台的仿生机械蝴蝶其实并非新鲜事。早在2023年国际机器人大会上，德国费斯托（Festo）公司展现的仿生蝴蝶就曾引起轰动。

这款名为“蓝色飘动”的蝴蝶机器人，翼展长度是0.5米，每秒敲打1-2次翅膀，飞翔时速可达每秒2.5米。每只蝴蝶机器人都能够被独自操控，依照预编程的道路飞翔。缺陷是飞翔3~4分钟就得充15分钟电。

“蓝色飘动”的翅膀，由覆盖了很薄的弹性电容膜的碳纤维骨架制成，两台电动机独立驱动两只翅膀，在它身上，还设置了加快计、陀螺仪、指南针以及两个90毫安的聚合物电池。

仿真蝴蝶运用摄像追寻体系，仅重40克，头部放置两个马达，尾部是电池和操控通讯体系。10只机器蝴蝶能够一起飞翔并且不会彼此磕碰，它们翩然起舞，就像真实的蝴蝶相同，下降时，慢慢回旋扭转而下，十分赏心悦目。费斯托公司表明，机器蝴蝶未来可使用于工厂的监控体系中。

自上世纪90年代起，德国费斯托（Festo）公司就致力于仿生技能研讨，向大自然学习是其一向的理念。无论是银鸥，仍是大象鼻子，抑或是壁虎爪子上的吸盘，都是费斯托构思的来历。从2006 年开端，这家公司简直每年都会推出一款包办水陆空的仿生机器“动物”。

像仿生蝴蝶相同，费斯托公司研制的仿生蜻蜓，其构思也来自自然界的蜻蜓，它能朝着任何方向、做出杂乱的飞翔动作。乃至它还能独自振荡一只翅膀，用以减速和急转弯，加快和撤退。

费斯托公司研制的仿生雨燕也是轰动一时的网红产品。仿生雨燕质量十分轻，只要 42 克，和一只麻雀差不多，但它的体型要比麻雀大许多：体长44.5厘米、翼展68厘米，它能自若地起飞、飞翔并下降。在团体飞翔时，设备在室内的无线电 GPS 能够协助每个机器鸟定位，因而编队中的每只“雨燕”都有空间认识，能够依照必定的形式飞翔。

在国际上，除了德国Festo，也有不少公司在研讨仿生机器人，比方，来自以色列航空工业公司的微型机器人实验室也有“机器人蝴蝶”。这款机器人蝴蝶归于挨近纳米技能的微电子产品，长20厘米、重12克，内含发动机、传感器、通讯及转向体系，仿照蝴蝶摇动四片翅膀推进其行进。

仿生袋鼠、仿生蚂蚁绘声绘色

除了天上飞的，费斯托公司还发明出陆上跑、水中游的仿生机器人。比方，仿生袋鼠运用了杂乱的传感器、连杆结构和用于充任“肌肉”的高压充气罐，简直彻底仿制了袋鼠的弹跳功夫，仅需一小块电池与腿部的绷簧组织，袋鼠便能马上活蹦乱跳。假如运用者戴上配套手环，就能够直接用手势操控袋鼠。

除了仿生袋鼠，最让人瞠目的还有一群3D打印的仿生蚂蚁。它们的头部配备摄像头，腹部配备传感器，能够随时进行红外导航。

机器蚂蚁巨细与成人手掌附近，头部和整个身躯都布满电路，嘴部钳子和腿部爪子都运用了陶瓷致动器，可快速、精准地活动。

每一只蚂蚁都是“仿生网络”的一员，经过无线网络通讯，多只蚂蚁能够协同作业，搬动较重的物体。蚂蚁的触角则是导电电线，在快没电时，它们会第一时间爬去自行充电。

另一个新式的蜘蛛机器人更有意思，它的原型是摩洛哥后翻蜘蛛，为了习惯沙漠环境的日子，它有一种共同的行走方法，经过空中翻转与地上翻滚的组合来移动。而这样的驱动方法，在仿生学中有重要意义。

在翻滚形式下，人工蜘蛛和自然界的摩洛哥后翻蜘蛛相同，能够比行走时更快地移动，这款机器人乃至能够应对高达 5％的斜度。

仿生水母则由一个通明的半球和八根动力触须组成，中心是一个防水的激光烧结体，其中有一个中心电动马达、两个锂离子聚合物电池。仿生水母的灵活性与快捷性，表现了人工智能方面的研讨成果，将在海底勘探和航空航天等范畴有着宽广的使用远景。

仿生章鱼的触手和真的章鱼触手相同附有吸盘。全体选用可气动驱动的柔软硅胶结构，内置真空管能够自主供给吸附动能，轻松完结抓、握等动作。

现在，德国费斯托公司已发明了数十种“水陆空“机器生物，人类已阻挠不住他们“创世纪”的脚步。

机器昆虫从科幻“爬”进实践

大自然为仿生技能的展开供给了巨大支撑，我国在仿生学研讨方面也走在前列。2024年5月，北京航空航天大学科研团队发布了历时15年、自主研制的微尺度仿生机器人。

这款“昆虫”机器人，最长尺度仅有2厘米。北京航空航天大学动力与动力工程学院博士詹文成介绍，它的分量大概是200毫克，适当于40多根头发丝的分量。

“昆虫”机器人能应战什么特殊任务？凭仗细小的身躯，它能应战多种环境检测。比方，置身在一堆石块之间，它举动强健、络绎自若；它能够进入航空发动机内部，完结机器内部环境的检测作业；也能够进入狭隘的管道，看看那里遇到了什么费事。

尽管体型细小，但“昆虫”机器人却五脏俱全——外壳由碳纤维打造，加上科研人员自主规划的芯片，再装上量身定做尺度的电池等设备，就组成了能够蓝牙遥控的“昆虫”机器人。

两根和头发丝粗细适当的金属丝，便是“昆虫”机器人的充电接口，每次充电2分钟，能够匍匐10分钟。

从外形到动作，“昆虫”机器人都酷似昆虫。它的规划构思从何而来？詹文成介绍，构思构思源自甲由，而在细小尺度下完结快速移动，机器人的动力驱动，则是科研团队历时15年攻关的技能结晶。

在高速摄像机的镜头里，能够看到，磁铁在通电的情况下，会发生振荡现象，这样的物理现象，为“昆虫”机器人供给了驱动源。

“昆虫”机器人的前腿以均匀每秒200次的频率击打地上，然后发生行进的动力。实验室测试数据显现，“昆虫”机器人在负载电池的情况下，每秒能够行进37厘米，而在空载环境下，它的速度更快，每秒能够到达45厘米，现已和真甲由的速度适当了。

科研人员介绍，使用电磁场环境中呈现的电磁振荡现象，不只能够打造匍匐的“昆虫”机器人，还可规划出会飞翔的“昆虫”机器人。微型动力技能的成功研制，有望将“昆虫”机器人使用于助力灾后搜救、大型机械设备和基础设施损害检测等。

无人机构思来自“萤火虫”？

现在无人机集群首要依托无线电通讯，电磁特征显着，简单被外界辨认，也易受电磁环境影响。而萤火虫经过尾部共同的发光形式和频率，传达着区分同类、戒备风险、指引方向等信号。无人机能不能仿照萤火虫，选用光信号来传输信息？

2024年5月，西北工业大学光电与智能研讨院李学龙教授团队宣告，经过仿照萤火虫的沟通方法，他们使用光通讯和智能信息处理等技能，完结了电磁搅扰下无人机间的信息传递。

这种仿“萤火虫”通讯无人机，为无人机集群展开供给了立异处理思路。

仿萤火虫通讯无人机的四条“腿”上，各搭载有LED发光源，看似平稳的光辉实践正在高频“闪耀”。另一架无人机上的光电传感器捕获到光信号后，对其展开智能剖析，就能够完结像萤火虫发光沟通相同的短间隔信息传递，然后完结无人机间根据光链路的协同飞翔。

因为光信号的传输不受电磁环境的影响，不会发生互谐和互扰，仿“萤火虫”通讯无人机抗搅扰才能更强。

研讨团队为仿“萤火虫”通讯无人机“配备”了多项先进智能算法及技能，充沛保证无人机集群的智能化和稳定性。

未来，科研团队将持续在仿“萤火虫”通讯无人机通讯间隔、速率、稳定性和环境习惯性等方面深入研讨，并在以“低空经济”为代表的临地安防场景中展开广泛使用。

知多一点

仿生蒲公英：可奔走风尘的传感器

众所周知，湿地、森林以及农场等一般规模很大，人们因而无法具体监测其湿度、温度等改动数据。

美国华盛顿大学科学家受蒲公英种子随风漂荡的启示，发明出一种可被风吹动的细小传感器带着设备。这款无需电池（使用太阳能）的微型传感器，仿照蒲公英播撒种子的方法，可凭借风力飘散到五湖四海，获取温度、湿度、降水量、光照强度等各类环境数据。

有了这款传感器，科研人员不必四处奔波，而是由传感器替代他们奔走风尘，这样就能轻松获取勘探数据。

每个“蒲公英”传感器的分量大约是 30 毫克，听上去很轻，但现已是蒲公英种子分量的 30 倍了。不过也不必忧虑，即便是在和风缓缓的气候，传感器仍旧能够飘浮大约 100 米。每个这样的结构，至少能搭载 4 个传感器，而传感器落地后，仍旧能够向方圆 60 米的规模传送数据。

相同，受蒲公英启示，芬兰坦佩雷大学的科学家研制出一种能为植物授粉的微型机器人，这款叫“仙女”的机器人分量仅为 1.2 毫克，能随风飘动。

“仙女”的结构规划，学习了蒲公英种子的形状，并且经过光照，运用者能够操控机器人“绒毛”的开合，使其改动形状，便于调整其在空中的飞翔轨道。

科学家表明，未来他们方案投进几百万台带着花粉的“仙女”机器人，并经过光线引导，让它们飞到需求授粉的植物身上。

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标签: 翩翩飞舞新知仿生美妙蝴蝶

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