新型昆蟲仿生機器人實現高難度飛行動作與高速導航

速度、加速度與硬件耐用性全面提升，MIT微型飛行機器人展現出前所未有的自然仿生能力。

微型昆蟲機器人或將成為災區的救命工具。麻省理工學院研究人員近日展示了一款空中微型機器人，其以驚人的速度與敏捷性模仿真實昆蟲體操技巧般的運動姿態。未來，這類微型飛行器可在地震后進入坍塌建筑，在大型機器人無法抵達的區域幫助定位幸存者。

這項突破標志著微型機器人領域的重大進步——此前該領域的飛行穩定性與速度始終遠落后于自然界的生物構造。早期昆蟲尺寸機器人只能緩慢沿固定路徑飛行，而新型機器人徹底改變了這一局面。

這款僅微型錄音帶大小、比回形針更輕的機器，采用軟人工肌肉驅動大尺寸撲翼高頻運動。升級后的硬件使其能完成急轉彎、快速加速及接近昆蟲機動性的空中特技。但僅靠硬件還不夠，機器人需要更智能、更快速的"大腦"。

研究團隊為此開發了基于人工智能的新型控制器，可實時解讀機器人位置與環境信息并決策運動方式。此前的控制系統需工程師手動調試，既限制性能又難以適應復雜動作。

MIT電子工程與計算機科學系副教授凱文·陳闡釋道："我們希望在傳統四旋翼無人機難以進入、而昆蟲卻能靈活穿梭的場景中使用這類機器人。"他補充說："如今通過仿生控制框架，機器人在速度、加速度和俯仰角等方面的飛行性能已可與昆蟲媲美，這距離目標邁出了關鍵一步。"

新控制系統

為實現突破，陳教授的團隊與MIT教授喬納森·豪合作開發了雙段控制策略：首先采用模型預測控制器，在考慮力與扭矩物理極限的前提下計算規劃包含翻轉和急轉彎的復雜路徑；但實時運行該系統需巨大算力。為此團隊運用模仿學習訓練出能近乎瞬時執行規劃的輕量化深度學習模型。豪指出："魯棒訓練方法是這項技術的核心秘訣。"

升級效果顯著：新版微型機器人飛行速度提升447%，加速度提高255%。測試中，它在11秒內連續完成10次空翻，即使受風力干擾仍能將軌跡誤差控制在5厘米內。

邁向實際應用

新控制器還使機器人能執行類似昆蟲視覺穩定機制的快速定向擺動運動，該能力將為未來搭載傳感系統奠定基礎。陳教授表示："這種仿生飛行行為有助于未來為機器人裝載攝像頭和傳感器。"

下一步研究將增加自主導航系統，使機器人擺脫對外部運動追蹤的依賴。正如卡內基梅隆大學教授莎拉·伯格布萊特所言，該項目表明昆蟲級飛行機器人正以前所未有的速度逼近自然界生物的敏捷性，實驗室外的實際應用已不再遙遠。

該研究成果已發表于《科學進展》期刊。

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