靜電飛行器示意圖。北京航空航天大學供圖

這只“甲蟲”機器人比礦泉水瓶蓋還小。張渺/攝

靜電飛行器的結(jié)構(gòu)。北京航空航天大學供圖

微型機器人未來可以像真實昆蟲一樣在野外自由移動，并執(zhí)行特殊任務(wù)。北京航空航天大學供圖

從幾百噸的飛機到幾千克的無人機，許多人或許會認為，越輕的東西越容易飛起來。事實上，當飛行器重量小于10克時，其飛行時間一般不超過10分鐘。微型機器人的飛行時長及其動力問題，是擺在研究者面前的一道難題。

5月8日，北京航空航天大學能源與動力工程學院教授閆曉軍團隊的一項研究成果，發(fā)表于《自然》子刊。該團隊發(fā)明了一種用于昆蟲機器人的微型動力系統(tǒng)，并以此為基礎(chǔ)，研制了一種快速機動、高載重、無線可控的微型機器昆蟲。

兩個月后，團隊的另一項關(guān)于微型飛行器的研究成果，于7月18日在線發(fā)表于《自然》主刊，并同時獲得《自然》和《科學》雙頂刊官網(wǎng)的首頁推薦。

這個只有4.21克的小家伙，就是目前世界上最輕、最小的純自然光供能微型飛行器，名為靜電飛行器“CoulombFly”。

比一張A4紙還要輕的飛行器

即使是再小的飛行器，想要飛起來，也必須有發(fā)動機提供足夠的動力。擺在研究者面前的矛盾之處就在于，目前微型飛行器的發(fā)動機驅(qū)動部件，一般采用傳統(tǒng)的電磁電機。但是，電磁電機在微型化后轉(zhuǎn)速高、發(fā)熱大，能量轉(zhuǎn)化效率會急劇下降，甚至降到10%以下。

微型電磁電機效率下降后，如果采用供電方便的自然光作為能量來源，受限于太陽能電池的面積，很難滿足飛行需求，“飛行器就無法飛起來”。

如今，北航團隊自主研制的靜電飛行器，翼展20厘米，重4.21克，整機僅有巴掌大小，比一張A4紙還要輕。該項研究成果由北航科研團隊自主研發(fā)，將大幅增加微型飛行器的飛行時長，拓展其應(yīng)用范圍。

與此同時，閆曉軍團隊研發(fā)的另一種用于昆蟲機器人的微型動力系統(tǒng)，可以用于仿生機器“昆蟲”。這種昆蟲機器人實現(xiàn)了快速機動、高載重、無線可控，能應(yīng)用于災(zāi)后救援、大型機械裝備檢修等場景。

無論是昆蟲機器人還是微型飛行器，最初的概念，都源于一根微微顫振的細梁。

“在靜電場環(huán)境中放置一根梁，該梁極其細微，其直徑僅為二十幾微米，這根梁會像頭發(fā)絲一樣，在靜電場中顫振，這就是‌微梁靜電顫振現(xiàn)象。我是研究動力的，2009年，我在實驗室中發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象后，想利用這個現(xiàn)象做點兒什么。”閆曉軍向中青報·中青網(wǎng)記者解釋。

從這根顫振的微梁開始發(fā)散思維，閆曉軍迅速聯(lián)想到，“昆蟲飛的原理也是一種振動”。‌微梁靜電顫振現(xiàn)象，或許能夠成為微型飛行器的動力與推進的解題思路，從一根微梁，成為一個最終能夠飛起來的機器人。