扑翼式空水两栖航行器。图片来源：麻省理工学院

本报讯 海鸥、海鹦、海燕等百余种潜水鸟类能够扎入水中追逐猎物，随后再度腾空飞走。受这类天生兼具游水与飞行能力的鸟类启发，美国麻省理工学院与瑞士洛桑联邦理工学院的科研人员研发出一款机器人，不仅可在水下潜行，还能通过扑动翅膀冲出水面在空中飞行。近日，相关研究成果发表于《科学》。

这款机器人又叫“扑翼式空水两栖航行器”，重量不足300克，整体外形酷似鸟类，包含机身、双机翼与尾翼。机身内置电池与防水电机，电机驱动曲轴，带动机翼按照预设频率上下扑动。机翼由薄膜制成，表面覆有疏水纳米颗粒，可快速排走附着的水分；尾翼搭载独立电机，可调整倾角，控制机器人上浮下潜。

科研人员在小型水箱与当地湖泊开展了多组试验，制作并测试了三套机翼，分别为小型（翼展60厘米）、中型（翼展80厘米）、大型（翼展100厘米）。测试数据显示，机翼以约5赫兹（每秒5次）的频率扑动时，机器人水下游速接近每秒1米；保持与其相近的扑动频率，空中飞行速度可达每秒6米。机器人的游动、飞行速度与扑动频率均与真实潜水鸟类相近。团队同时发现，若要顺利从水中腾空，机器人尾翼俯仰角需调至70度。这一较大倾角可避免机翼上抬升空时翼尖触碰水面；若倾角过大，机器人会向后倾覆落回水中。

该研究结果有助于科学家厘清潜水鸟类如何调整自身飞行动力学，在物理特性截然不同的空气与水体两种介质中移动。该设计方案同时有望催生新一代空水两栖无人机与航行设备。研究人员设想，这类带翼机器人可应用于海洋学研究，比如飞往各类水域采集样本，而这些水域对于传统海洋船舶而言往往风险过高、难以抵达。

论文第一作者、麻省理工学院机械工程助理教授Raphael Zufferey表示：“海洋科学领域一大核心难题，是大范围、高频次采集海洋数据，而这款机器人未来有望解决该痛点。它甚至可每小时执行一次探测任务，高速往返，在起飞、下潜、返程各环节回传数据，循环执行多次探测作业。”（张晴丹）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/science.aeb6744