受瓢虫“自我扶正”启发，科学家研制可“鲤鱼打挺”的微型飞行器

固定翼微型飞行器

大自然永远是人类最好的老师。

在自然界中，为了适应生存环境，各种昆虫都有许多聪明巧妙的“自保技能”，瓢虫就是其中之一。当瓢虫失去平衡或被困住翻倒时，瓢虫可以通过其坚硬的鞘翅在一秒钟内实现自我扶正。

受瓢虫强大的自我扶正能力的启发，瑞士洛桑EPFL智能系统实验室Chalambos Watsis和他的团队最近开发了一种固定翼微型飞行器，通过在微型飞行器上安装瓢虫般的“鞘翼”，可以实现自我扶正。瓢虫的自我纠错能力很强。

瓦西斯说，为了躲避天敌，更好地适应环境，瓢虫进化出了更适合的身体功能，这是现代机器人技术的灵感。

事实证明，研究团队从中受益匪浅。通过仿真实验发现，人工鞘翼不仅有助于飞行器在危险姿态下实现自扶正，还能增强微型飞行器的气动性能。相关研究论文发表在《IEEE机器人与自动化快报》上。

根据研究团队的说法，鞘翅目昆虫不仅为瓢虫提供自我扶正的能力，还为它们提供飞行中的辅助升力。但是，当固定翼MAV安装人工鞘翼时，鞘翼增加的重量和额外的升力也可以抵消。

对此，瓦西斯解释道:“通过实验，我们发现人造鞘翼不仅在飞行中提供额外的升力，还能帮助它减少飞机结构重量带来的不利影响。”固定翼MAV的自扶正只需要1.1秒。

固定翼MAV的鞘翼由高强度高韧性的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)3D打印成型，并用凯夫拉新型合成纤维加固，增加弹性。伺服系统控制鞘翼实现翻转、平移等动作。

在模拟实验中，研究团队用11cm、14cm、17cm三种不同长度的鞘翼和0.31n·m、0.39n·m两种扭矩进行了模拟自动扶正试验，发现两种不同扭矩提供的动力对飞机性能几乎没有影响，但鞘翼的大小对飞机影响显著。

此外，研究团队还针对不同尺寸的鞘翼开展了飞行器空的气动研究。结果表明，较大尺寸的鞘翼不会降低空的气动效率。换句话说，较大尺寸的鞘翼并不影响飞机的空气动性能。此外，较大的鞘翅比较小的鞘翅具有更快的自正位能力。

因此，研究团队最终选择了17cm鞘翼。

在微型无人机的应用上，由于飞机可能需要在极其恶劣的环境下执行任务，研究团队在人行道、粗砂、细砂、石子路、贝壳、木屑、草地等七种不同环境下进行了测试验证。

其中草原和沙地成功率只有30%左右，其他五种地形都可以达到100%。

此外，研究小组还在10度、20度和30度的斜坡上进行了扶正试验。他们发现，这种固定翼MAV在30度的斜坡上可以成功扶正，但超过30度就会打滑。固定翼微型飞行器结构

瓢虫类和飞行器类的比较

以前为了防止飞机倾翻，只是增加重量，降低功率。然而，当微型飞行器被赋予一对鞘翼时，它的鞘翼负责“翻转”并提供向上的动力，而后翼主要负责飞行。这不仅可以提高飞机的上升性能，还可以降低设计难度。

瓦西斯说:“我们目前正在研究鞘翼无人机在穿越灌木、石林和其他障碍物时是否可以折叠翅膀。希望未来无人机视野扩大，需要长途飞行时，机翼可以打开，飞机遇到狭窄地形时，可以紧凑的形式移动或安全着陆。”

接下来，研究团队将继续优化这架固定翼MAV，他们希望能够为这架MAV定制一个“保护壳”，以保护机翼在摩擦过程中不受损坏。(综合报道)(编辑/唐珂)