①“聪明鸟”

　　②仿生蝴蝶 图片来源：百度图片

　　人类凭借着双手和智慧，在“鸟师傅”的帮忙下，已经可以让各种各样的飞行器飞上天空。然而这些飞行器中，唯独没有一款飞行器可以像鸟儿一样自由自在地翱翔天空。

　　德国一家在自动化技术领域耕耘90年的Festo公司填补了这项空白。Markus Fischer和其团队创造出的一款“机器鸟”，不仅能够和真的鸟儿一样振翅而飞，还能做出俯冲和爬升的动作，盘旋飞行。

　　为什么选择银鸥？

　　Markus Fischer在一次TED大会上展示了这只“聪明鸟”（SmartBird）。这只鸟以银鸥的外形仿照制作，拥有复杂的杠杆和气动装置，但总重量只有450克——这也是它能够振翅高飞的关键因素。

　　为什么选择仿造银鸥？Markus说，这种鸟飞翔极为轻快敏捷，可以自由地在海面上空盘旋和俯冲，有时还能利用热气流在空中翱翔和滑翔。卓越的空气动力性能是他们团队选择它的原因。

　　真实的银鸥体形厚重，成年银鸥体长约60厘米，雄鸥轻者约为830克，最重可达1770克，翼展约为1米。而Markus团队所仿造的机器鸟体长为1.6米，翼展长达两米，而体重只有450克。

　　之所以轻，是因为它整体都是碳纤维材料——这对工程师们而言曾是一个问题：怎么把它造得非常轻，轻到它掉下来的时候不会伤到人。此外，采用轻型结构显然也更加节能。

　　在这只机器鸟的“肚子”里有一个马达和相应的齿轮结构——工程师们正是利用齿轮来转换马达的动力。同时，在马达上还装有3个霍尔传感器，这3个传感器可以通过对电磁信号的检测“告知”机器鸟翅膀所在的位置。如果马达可以让这对经过气动力学设计的翅膀上下拍打的话，那么机器鸟就可以像鸟儿一样飞起来了。

　　机器鸟的自动化实现

　　Markus Fischer和其团队完成的下一项挑战是如何协调这种拍打翅膀的运动，以让机器鸟看上去真的是在自由飞行。他们选择了分裂式翼，通过分裂式的翅膀设计可以使机器鸟通过上层翼得到升力，通过下层翼得到推进力，这样，智能飞鸟就可以扑打着翅膀飞上飞下了。

　　除了利用杠杆结构带动翅膀的上下拍打，工程师们还通过复杂的控制单元，实现翅膀的扭转。这样才能让机器鸟获得爬升、俯冲和盘旋的能力。

　　为了精确了解飞行效率，工程师还专门开发了“制动功率计”，以测量机电效率，即机器鸟的空气动力效能。通过将飞行中的被动扭曲力转化为主动扭曲力，工程师们将它的空气动力效能从30%提高到80%，飞行时的机电效率可达45％。

　　研究团队还对机器鸟的控制和整体结构作了调整。“只有控制和调整好它，才能得到预期的空气动力效能。” Markus说，经他们测算，整体能量消耗（功率）大概是“起飞25瓦，飞行是16瓦到18瓦”。

　　据了解，这款“聪明鸟”并非直接用于工业制造，也不能起到运输作用，只是一款概念展示品。Markus Fischer和其团队为什么要这么做？“我们是一家从事自动化控制的公司，我们也想对气体力学和气流现象了解更多。”Markus说。

　　尽管机器鸟的具体用途还不得而知——至少可用于侦查——但其中涉及的智能机电和电缸技术、流体机械技术、智能控制和反馈控制以及状态监控系统等，有望运用于自动化驱动的各个领域。

　　更多仿生灵感

　　继SmartBird之后，Festo 公司以生物为灵感制造的飞行机器人已经有不少，但仿生蝴蝶（eMotionButterflies）应该是其中最漂亮的一种。

　　仿生蝴蝶的展翼长为 50 厘米，身体重量仅为 32 克，双翼各配备微型电动机驱动。它们的翅膀每秒摆动 1~2次，一次充电15分钟可飞行 3~4 分钟，速度可达 2.5 米/秒。仿生蝴蝶外观上跟真正的蝴蝶十分相似，翅膀由极薄的碳杆构成，外覆更薄的弹性电容器薄层，飘逸灵动的飞行姿态更让人啧啧称奇。Festo的技术工程师称，蝴蝶双翅有轻微的交叉，拍打时会产生空气间隙，“这为它们提供了特殊的空气动力”。

　　每年愚人节前夕，Festo公司总会宣布推出新款仿生机器人。除机器鸟、蝴蝶之外，仿生蜻蜓、仿生水母、仿生袋鼠、仿生蚂蚁……Festo 动物机器人家族越来越壮大。

　　拥有这么多仿生动物，Festo公司并不打算用它们大赚一笔，而是宣扬他们“基于自然生物模型，发展技术概念和工业应用”的理念。