人造昆虫——微型飞行器(2)
最后是飞行控制。在常规的飞行器中，依靠副翼、升降舵和方向舵来控制飞机滚转、俯仰和偏航的三轴飞控系统已趋于完善。而对于微型飞行器而言，小尺寸、低雷诺效应使得飞机的控制面效率变得极为低下，常规的飞行控制方式遇到困难。一个解决途径是发展基于微机电系统的新型控制方式。目前比较有前途的是在微型飞行器的表面分布微气囊和微型智能自适应机构，通过微流动控制实现对微型飞行器的飞行控制。
模仿与控制
昆虫飞行时，更多的时间是拍打着翅膀。微型飞行器要做得很小，譬如像小飞虫大小，人类就必须要向它们“取经”，学习它们的本领。人们发现，昆虫通过连续扑打其膜翅，能够让自身灵活高效飞行，不仅如此，昆虫还能在空中悬停甚至穿梭。这些都是自然界长期进化后选择的最佳飞行方式。这种飞行方式兼具固定翼飞行及旋翼飞行的优点，把低雷诺数下的空气动力学原理利用得淋漓尽致。科学家们由此逐渐发现了扑翼式微型飞行器的前景，于是大量专家纷纷投入到这一研究领域。近来，由荷兰代尔夫特大学研制的、由电机驱动的扑翼微型飞行器“代尔夫飞虫”(Delfly Micro)据称是目前携带了传感器和摄像头的最小扑翼机，它的最大展长只有10厘米，质量仅为3.07克。
要将飞行器做成昆虫般大小，另一个棘手的问题就是动力源要极小且极轻，现有技术很难将动力源做到更小而仍能提供足够的动力。针对微型扑翼飞行器上下扑打机翼的特点，一些科学家专门设计了一种叫“往复化学肌肉”的能量源，其通过对化学能的控制，可以模拟肌肉的伸缩运动，从而带动机翼上下往复运动，这种先进的动力源不需要额外的电能及氧气。美国乔治亚理工学院的科学家运用这种动力源研制了一款叫作“昆虫机”(Entomopter)的微型飞行器，它具有15～18厘米的展长，可携带10克左右的有效载荷。得益于其无需电能及氧气的动力源，美国宇航局的科学家正准备利用“昆虫机”这一平台研发可在火星飞行的微型飞行器。
最近，由哈佛大学的科研人员历时12年研制成功了世界上最小、最轻且可按预设路径飞行的微型扑翼飞行器“机器蜂”。这是一架将尺寸做到了极致的微型扑翼飞行器，只有指甲盖大小，重仅0.1克。它融入了当今的诸多先进成果。然而从客观上讲，它还远没达到完成不同侦测任务的能力。虽然如此，这已经是人类在模仿大自然道路上的巨大跨越了。
正当人们千方百计模仿大自然的奇妙创造时，另一些人正忙着做一些更加难以置信的事情——控制昆虫。道理很简单，既然人类兴师动众地模仿大自然，还不如直接利用已经由大自然“雕琢”了数亿年之久的“成品”昆虫。这一设想正在被一些科学家付诸实践。
昆虫虽小，但它们为适应生存环境已经进化出了一套精密而复杂的生命系统。人们设想，可以在它们的触角附近安装微型刺激装置，在它们的中枢神经系统内部或神经肌肉连接处植入电极，从而控制昆虫的行动方向。最近，同济大学的研究人员将小型电极插入蝉的足肌肉，并利用小型红外接收机控制这些电极，从而实现了对蝉行动方向的远程控制。美国密歇根大学的科学家更是提出，利用压电材料来收集由于昆虫上下扑动翅膀而产生的能量，并用这些能量为植入昆虫的微型控制系统及通讯装置提供能源。
为了实现对昆虫真正意义上的控制，科学家要做的是将控制、通讯及供电装置缩小到足以植入昆虫体内而不引起昆虫的反感。而这些需要解决的问题似乎又回到了微型飞行器发展所面临的挑战的原点，即微型化。这给人们一个重要的启示，也就是，无论微型飞行器的发展方向是人造昆虫，还是真正的昆虫，都必须首先将那些人造部件缩小到极致。 (沈海军 王旭)
模仿与控制
昆虫飞行时，更多的时间是拍打着翅膀。微型飞行器要做得很小，譬如像小飞虫大小，人类就必须要向它们“取经”，学习它们的本领。人们发现，昆虫通过连续扑打其膜翅，能够让自身灵活高效飞行，不仅如此，昆虫还能在空中悬停甚至穿梭。这些都是自然界长期进化后选择的最佳飞行方式。这种飞行方式兼具固定翼飞行及旋翼飞行的优点，把低雷诺数下的空气动力学原理利用得淋漓尽致。科学家们由此逐渐发现了扑翼式微型飞行器的前景，于是大量专家纷纷投入到这一研究领域。近来，由荷兰代尔夫特大学研制的、由电机驱动的扑翼微型飞行器“代尔夫飞虫”(Delfly Micro)据称是目前携带了传感器和摄像头的最小扑翼机，它的最大展长只有10厘米，质量仅为3.07克。
要将飞行器做成昆虫般大小，另一个棘手的问题就是动力源要极小且极轻，现有技术很难将动力源做到更小而仍能提供足够的动力。针对微型扑翼飞行器上下扑打机翼的特点，一些科学家专门设计了一种叫“往复化学肌肉”的能量源，其通过对化学能的控制，可以模拟肌肉的伸缩运动，从而带动机翼上下往复运动，这种先进的动力源不需要额外的电能及氧气。美国乔治亚理工学院的科学家运用这种动力源研制了一款叫作“昆虫机”(Entomopter)的微型飞行器，它具有15～18厘米的展长，可携带10克左右的有效载荷。得益于其无需电能及氧气的动力源，美国宇航局的科学家正准备利用“昆虫机”这一平台研发可在火星飞行的微型飞行器。
最近，由哈佛大学的科研人员历时12年研制成功了世界上最小、最轻且可按预设路径飞行的微型扑翼飞行器“机器蜂”。这是一架将尺寸做到了极致的微型扑翼飞行器，只有指甲盖大小，重仅0.1克。它融入了当今的诸多先进成果。然而从客观上讲，它还远没达到完成不同侦测任务的能力。虽然如此，这已经是人类在模仿大自然道路上的巨大跨越了。
正当人们千方百计模仿大自然的奇妙创造时，另一些人正忙着做一些更加难以置信的事情——控制昆虫。道理很简单，既然人类兴师动众地模仿大自然，还不如直接利用已经由大自然“雕琢”了数亿年之久的“成品”昆虫。这一设想正在被一些科学家付诸实践。
昆虫虽小，但它们为适应生存环境已经进化出了一套精密而复杂的生命系统。人们设想，可以在它们的触角附近安装微型刺激装置，在它们的中枢神经系统内部或神经肌肉连接处植入电极，从而控制昆虫的行动方向。最近，同济大学的研究人员将小型电极插入蝉的足肌肉，并利用小型红外接收机控制这些电极，从而实现了对蝉行动方向的远程控制。美国密歇根大学的科学家更是提出，利用压电材料来收集由于昆虫上下扑动翅膀而产生的能量，并用这些能量为植入昆虫的微型控制系统及通讯装置提供能源。
为了实现对昆虫真正意义上的控制，科学家要做的是将控制、通讯及供电装置缩小到足以植入昆虫体内而不引起昆虫的反感。而这些需要解决的问题似乎又回到了微型飞行器发展所面临的挑战的原点，即微型化。这给人们一个重要的启示，也就是，无论微型飞行器的发展方向是人造昆虫，还是真正的昆虫，都必须首先将那些人造部件缩小到极致。 (沈海军 王旭)