北京
潛水鳥(niǎo)瞬間扎進(jìn)水中消失，這畫(huà)面總帶著幾分不真實(shí)。前一秒還在空中滑翔，幾秒后已經(jīng)在水下追獵，不久又飛回天空。自然界大約有100種鳥(niǎo)類能在空氣與水之間自由切換，但工程師們發(fā)現(xiàn)，想把這種本領(lǐng)復(fù)制到巴掌大的機(jī)器上，難度大得驚人。
如今，麻省理工學(xué)院和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的研究人員造出了一只機(jī)械鳥(niǎo)，跑完了整個(gè)跨介質(zhì)流程。這只重約8.8盎司（約250克）的機(jī)器人既能飛行，也能直接扎進(jìn)水里游動(dòng)，最后借助同一對(duì)撲翼從水面起飛。
據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹，這是第一個(gè)僅靠撲翼動(dòng)作就完成飛—潛—飛完整循環(huán)的鳥(niǎo)級(jí)機(jī)器人。相關(guān)成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
多數(shù)水空兩棲機(jī)器人會(huì)為空中和水中分別設(shè)計(jì)不同的推進(jìn)系統(tǒng)，比如螺旋槳加浮囊。但這只機(jī)械鳥(niǎo)選擇了一條更簡(jiǎn)潔的路：用撲翼替代螺旋槳，而且在水面起飛時(shí)不依賴額外的腿或復(fù)雜的折翼機(jī)構(gòu)。
不過(guò)這種設(shè)計(jì)要翻越一道硬坎——水的密度大約是空氣的800倍，機(jī)翼一入水，阻力就會(huì)急劇增加。為了應(yīng)對(duì)這種突變，機(jī)器鳥(niǎo)主動(dòng)調(diào)節(jié)撲翼頻率，同時(shí)它的柔性機(jī)翼會(huì)隨著水壓增大而變形。在空氣中，它能以每秒最高11次的頻率扇動(dòng)翅膀；入水后，撲翼頻率降到每秒0.1到6次。水壓可以將翼面壓彎多達(dá)90度，縮短了每次撲擊的有效幅度，也就減輕了電機(jī)的負(fù)載。
研究人員還讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了中性浮力，使它在水中既不自主上浮也不下沉。這種平衡有助于節(jié)省電力，因?yàn)闄C(jī)器人不必為了對(duì)抗浮力而額外消耗能量。
最艱難的一步出現(xiàn)在機(jī)器人打算離開(kāi)水面的時(shí)候。整個(gè)出水過(guò)渡動(dòng)作在不到1秒內(nèi)完成，大約需要8到10次撲翼。但要成功躍出，需要把浮力、撲翼角度和推力精細(xì)地耦合到一起，稍有偏差就可能功虧一簣。
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