據(jù)外媒IEEE Spectrum報(bào)道，近日研究人員研發(fā)了一架搭載人造鞘翅（artificial elytra）的新型無人機(jī)。該人造鞘翅模仿昆蟲的鞘翅制成，讓無人機(jī)像昆蟲一樣，能在四腳朝天時(shí)，成功地“翻跟斗”。

▲昆蟲“四腳朝天”后，通過鞘翅調(diào)整身體平衡

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（Ecole Polytechnique Federale de Lausanne in Switzerland）的研究團(tuán)隊(duì)在《IEEE機(jī)器人學(xué)和自動(dòng)化（IEEE Robotics and Automation Letters）》上發(fā)布了一篇新的研究，他們模仿瓢蟲的鞘翅（elytra），打造了擁有人造鞘翅（artificial elytra）的無人機(jī)。

研究人員設(shè)計(jì)了類似微型飛行器（Micro Aerial Vehicles，MAV）的人造鞘翅，但該設(shè)備帶有執(zhí)行器（actuators）。具有人造鞘翅的無人機(jī)具有自動(dòng)扶正（self-righting）的功能，當(dāng)無人機(jī)倒置或翻轉(zhuǎn)時(shí)，可以通過人造鞘翅自己恢復(fù)正常。研究人員表示，仿造的人工鞘翅不僅可以從危險(xiǎn)的情況下“搶救”固定翼無人機(jī)（fixed-wing drone），減少無人機(jī)的飛行事故 ，還可以節(jié)約無人機(jī)的能源。

鞘翅是瓢蟲的黑紅色斑點(diǎn)外翅。當(dāng)瓢蟲“四腳朝天”的時(shí)侯，瓢蟲會(huì)通過鞘翅在極短的時(shí)間內(nèi)（零點(diǎn)幾秒）來穩(wěn)定自己的身體，然后伸出腿或后翅，通過俯身實(shí)現(xiàn)自我扶正。新型的無人機(jī)也是基于這一原理設(shè)計(jì)。

研究人員測(cè)試了不同長(zhǎng)度和不同弧度的人造鞘翅，來尋找與固定翼無人機(jī)的最佳組合。人造鞘翅的弧度角度對(duì)無人機(jī)的自動(dòng)扶正功能幾乎沒有影響，但人造鞘翅的長(zhǎng)度將會(huì)影響扶正效果。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，較長(zhǎng)的鞘翅可以幫助無人機(jī)更快地完成自動(dòng)扶正。

該項(xiàng)研究還對(duì)無人機(jī)的飛行環(huán)境進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。研究人員在10°、20°和30°等不同傾斜度的地面上測(cè)試配有較長(zhǎng)鞘翅的無人機(jī)的飛行效果，他們發(fā)現(xiàn)無人機(jī)基本上在任何傾斜角度的地面上都可以通過鞘翅完成自我扶正。此外，他們還測(cè)試該款無人機(jī)在人行道、粗沙、細(xì)沙、巖石、貝殼、木屑和草地的飛行情況。實(shí)驗(yàn)表明，除了草地和細(xì)沙之外，新款無人機(jī)在其他場(chǎng)景中完成自我糾正的成功率達(dá)到百分百。

他們還發(fā)現(xiàn)，鞘翅在飛行過程中可以通過升力（non-negligible lift）抵消了它們自身的重量，從而節(jié)約飛行器的能源。

▲無人機(jī)模仿甲蟲進(jìn)行新設(shè)計(jì)

研究人員表示，現(xiàn)在的人造鞘翅是通過一些常見的材料基于甲蟲鞘翅的比例模型制造而成。未來，他們將優(yōu)化人造鞘翅的相關(guān)細(xì)節(jié)，幫助無人機(jī)在更復(fù)雜的地形上完成自我扶正。

研究團(tuán)隊(duì)表示，他們還希望從甲蟲鞘翅的其他特征中獲得一些設(shè)計(jì)靈感。研究人員Charalampos Vourtsis解釋說：“我們希望無人機(jī)在一些有灌木、石頭或其他障礙物的地方飛行時(shí)可以將人造鞘翅折疊起來，就像甲蟲一樣?！?/p>

他認(rèn)為，折疊的人造鞘翅不但可以幫助無人機(jī)以較長(zhǎng)的機(jī)翼完成長(zhǎng)距離飛行，而且還可以幫助無人機(jī)在狹窄的空間中快速移動(dòng)和安全著陸。

結(jié)語：昆蟲正在“啟發(fā)”更多的仿生無人機(jī)

瑞士的研究團(tuán)隊(duì)通過模仿瓢蟲的鞘翅和“翻身”，讓無人機(jī)也添加了一雙新的“人造鞘翅”，讓無人機(jī)在倒置等情況下可以自主恢復(fù)飛行。

事實(shí)上，無人機(jī)從昆蟲上學(xué)習(xí)的案例并不在少數(shù)。此前，德國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)通過給無人機(jī)加上聽覺設(shè)備，讓無人機(jī)像昆蟲一樣實(shí)現(xiàn)“聽聲辨位”。麻省理工的Yufeng Chen也參考昆蟲的飛行，讓無人機(jī)在飛行中發(fā)生碰撞、翻滾后可以迅速恢復(fù)飛行。隨著相關(guān)研究的不斷深入，仿生無人機(jī)或?qū)⒔o人們帶來更多驚喜。

來源：IEEESpectrum