文章來源：中國科學報 趙熙熙

科學家研制出首個機器蒼蠅。圖片來源：《科學》

   想拍死一只蒼蠅并不是件容易事，單憑飛行技巧而論，它們的造詣絕對令人折服。如今，一個家蠅般大小的機器已經(jīng)設(shè)法完成了類似復(fù)雜的飛行任務(wù)，并且能夠像真正的昆蟲一樣在空中盤旋。

   蒼蠅能夠做出極為獨特且靈巧的飛行動作，比如敏捷地躲避蒼蠅拍并巧妙地停留在隨風搖曳的花朵上，但科學家并不清楚其中的奧妙，蒼蠅高超的飛行技藝也一直難以在實驗室中復(fù)制。而現(xiàn)在，受益于在材料和加工技術(shù)等方面取得的突破，他們開發(fā)出了第一種能夠像真蒼蠅一樣飛行的機器蒼蠅。

   致力于機器蒼蠅研究的美國加利福尼亞大學伯克利分校電機工程師Ronald Fearing表示：“這是一項重大的工程學突破，它耗費了科學家15年的時間?！边@個機器人使用了超薄層材料，從而使其能夠一秒鐘扇動翅膀120次——這與一只家蠅扇動翅膀的頻率幾乎一致。

   在實驗室飛行測試中，機器蒼蠅展示了穩(wěn)定、可控的飛行性能，目前能連續(xù)飛行超過20秒。而且有趣的是，它飛行時的消耗功率大約19毫瓦，經(jīng)折算與真蒼蠅的消耗大體一致。Fearing強調(diào)，這“需要非常多的創(chuàng)新設(shè)計和制造技術(shù)”。

   機器蒼蠅的翅膀用由碳纖維骨架強化的聚酯薄膜構(gòu)成，而它的“肌肉”則采用了壓電晶體，后者能夠根據(jù)施加在自身上的電壓而收縮或伸展。

   馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學的Kevin Ma及同事在最新出版的《科學》雜志上報告了這一研究成果。

   機器蒼蠅中的微小零件——其中一些僅有微米大小——利用傳統(tǒng)的制作工藝是極其難以制造的，因此研究人員想出了一種與在彈出式圖書中所采用的模式類似的折疊方法。他們利用柔性鉸鏈制造了一個可彎曲的平面材料薄層，從而使得三維結(jié)構(gòu)一下子變?yōu)楝F(xiàn)實。Ma解釋說：“與直接制造三維結(jié)構(gòu)相比，將二維結(jié)構(gòu)通過折疊變?yōu)槿S結(jié)構(gòu)要容易得多?！?/font>

   西雅圖市華盛頓大學的神經(jīng)科學家Michael Dickinson指出：“制造這些能夠彎曲的小關(guān)節(jié)的能力對于那些與機械飛行無關(guān)的其他機器人的許多方面都有重要意義。”

   Fearing認為，這項研究工作“將帶來有關(guān)昆蟲扇動翅膀的空氣動力學以及控制策略的更深刻理解”，這是緣于它所采用的工程體系“比一種動物更容易修改或控制”。

   這只機器蒼蠅僅有80毫克重，翼展3厘米。由于無法攜帶自身的電源，機器蒼蠅只好用一根“繩”拴在地上。它同時還依靠一臺計算機監(jiān)控其動作，并調(diào)整其姿勢。盡管如此，它依然是迄今第一個能夠施展蒼蠅全部空中動作——包括盤旋——的機器。

   Fearing表示，目前對于獨立飛行的最大技術(shù)障礙是設(shè)計一款小到能夠被機器蒼蠅所攜帶的電池。目前能夠提供足夠動力的最小電池也有0.5克重——這比機器蒼蠅所能支撐的重量的10倍還要多。Ma說，他相信電池瓶頸在5到10年內(nèi)應(yīng)該能夠攻克。

   如果研究人員能夠研制出這樣一款電池，同時再裝上超輕的傳感器，Ma認為這種機器人將能夠應(yīng)用于倒塌建筑內(nèi)的搜索與營救任務(wù)，或是在蜜蜂數(shù)量減少的時候作為給農(nóng)作物授粉的方法加以使用。