在达芬奇(Leonardo da Vinci)时代,动物飞行激发了人们模仿自然生物飞行,建造扑翼飞行器。

在近期Nature杂志上发表了一篇据称是最轻的扑翼空中飞行器RoboBee,它可以靠光线提供的电能维持飞行,而不需要额外电池或者引线供电。
它长得就是下面这个样子。体积很小(几个厘米长),重量很轻,259毫克,相当于一枚回形针的重量。

Jafferis et al.1 present a centimetre-sized aerial vehicle that flies using flapping wings.
在RoboBee的顶部布置了四块超轻光电池板,可以提供120毫瓦电能,经过安装在底部的电路转换成200V高压脉冲,驱动压电陶瓷转换器,带动四对扑翼摆动,完成装置的起飞和悬停。
压电陶瓷换能器摆动扑翼的样子如下图所示:

在适当的光线下,RoboBee获得足够多的电能,便可以起飞和悬停在空中了。上面既没有电池,也没有供电电缆。在光线下飞行的样子如下图所示。

上图中的灯光的强度相当于三倍的室外阳光的强度,所以该装置距离能够在自然光下可持续飞行在光电转换效率方面还有一定的距离。
制作RoboBee扑翼装置使用了复合材料,使用激光设备完成组装,这个工艺是MIT 微机器人实验室的特有加工方法。这些工艺逐步发展完善,形成制作小尺寸机器人令人羡慕的资源(欲善其功必先善其器)。

结构中重要的一个环节就是设计巧妙的机械传动结构,将压电陶瓷在高压驱动下的微小变形转换成大的位移以便扭动扑翼。
现在RoboBee还仅仅是一个巧妙的光能转换成飞行机械能的装置,它还缺乏灵巧的传感器和大脑。没有这些传感器和大脑,它还无法为人类提供服务。

昆虫神经系统虽然简单,但模拟其处理信息能力依然非常复杂和困难
不管怎么样,随着电池技术的发展,可以将RoboBee顶部的四个光电池板省略掉。经过改良的和提升性能的电子器件和无线通信技术会让RoboBee最终成群结队的飞行在空中。这一幕似乎就快复现在我们的眼前了。
看完这篇文章,不知为何,脑子里回想起一首电影歌曲“Give Me some Sunshine”。

Read the Paper:
Untethered Flight of an Insect-Sized Flapping -Wing microscle aerial vehicle.