这是一项来自麻省理工学院（MIT）的重磅研究成果。研究团队开发出一款仅重750毫克的四翼微型飞行器(MAV)，不仅将续航时间提升了整整两个数量级，还能完成此前同级别机器人难以企及的高难度特技动作。这一突破性进展近日登上了机器人领域顶级期刊Science Robotics。（文末附论文链接）
▍微型飞行器的突破：从超长续航到精准特技
最令人震撼的是这款MAV的续航能力 – 它实现了长达1000秒的持续悬停飞行！要知道，此前同重量级别的微型飞行器最多只能维持10秒左右的飞行时间。研究团队通过创新的传动和铰链设计，成功解决了困扰该领域多年的机械疲劳问题。
具体来说，研究人员发现了此前设计中应力集中导致机械疲劳的关键问题。他们重新设计了翅膀铰链结构，将其延伸至整个翅膀前缘，使最大应力降低了超过1000倍。同时，通过添加导向传动装置，大幅减少了驱动器的偏轴变形，使轴向伸长提升了87%。
这款飞行器不仅能长时间飞行，其飞行精度和速度同样令人惊叹。在跟踪复杂轨迹时，它能以超过30厘米/秒的平均速度飞行，同时将位置误差控制在1厘米以内。这一性能比此前同类型机器人提升了整整8倍。
更让人惊艳的是它的特技表现。凭借2.2的升重比和100厘米/秒的最大上升速度，它能在0.17秒内完成双重空翻！在这个过程中，最大角速度达到了惊人的7200度/秒，比已知最快的昆虫还要快40%。
▍仿生创新与实用优化：从技术挑战到未来发展
这项研究的成功之处在于巧妙平衡了仿生设计与工程创新。研究团队借鉴了昆虫翅膀的拍打推进原理，采用了类似肌肉的柔性驱动器。但面对工程材料的局限性，他们并未盲目模仿生物结构，而是另辟蹊径：
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通过延长铰链来降低应力，弥补了人工材料抗疲劳性能不如生物材料的短板
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采用四翼独立控制的设计，在无法实现昆虫复杂肌肉控制的情况下，依然获得了出色的机动性能
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创新的传动结构设计，解决了柔性驱动器的稳定性问题
这款微型飞行器在实际操控性能上同样突破了多项纪录。研究团队设计了精确的飞行控制器，使其能够完成极具挑战性的轨迹跟踪任务。比如，它能以亚厘米级的精度绘制出”MIT”字样，在3D空间中追踪不断旋转的”∞”符号。
更重要的是，这些高精度飞行不再是昙花一现。得益于显著提升的续航能力，研究团队可以进行大量的特性测试和参数标定，从而开发出更加稳定和精确的控制策略。这为未来实现真正的实用化奠定了基础。
尽管取得了突破性进展，距离完全自主的微型飞行机器人仍有不小差距。目前这款机器人仍需要外部供电，其2.9瓦的反应功率需求对亚克级电路和电池来说仍是巨大挑战。
研究团队指出了两个改进方向：
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短期内可以通过平衡传动比和驱动应变，有望将飞行时间再提升2-5倍
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长远来看，需要在新材料(如石墨烯电极、镍钛记忆合金等)和加工工艺上取得突破
▍应用前景展望
这项研究为微型飞行器开辟了全新的应用可能。500毫克的有效载荷足以搭载陀螺仪、加速度计和微型相机等传感器套件。未来，这类具备出色续航能力和控制精度的微型飞行器有望在以下领域发挥重要作用：
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授粉机器人：模拟昆虫完成精确的授粉任务
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协同集群：实现多机器人的长时间协同作业
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微型侦察：在复杂狭小空间内进行长时间探测
这项研究再次证明：当我们既善于向自然学习，又勇于突破常规思维定式时，往往能获得意想不到的技术飞跃。正如论文所说，这些突破为未来在传感和能源自主等方向的研究开辟了新机遇。让我们期待这个充满想象力的领域带来更多惊喜。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adp4256
（文：机器人大讲堂）