新華社深入報(bào)道我院團(tuán)隊(duì)：機(jī)器“昆蟲”待高飛

近日，我院閆曉軍教授團(tuán)隊(duì)研究成果登上《科學(xué)·進(jìn)展》，這也是我院今年第5項(xiàng)研究成果登上《自然》《科學(xué)》及子刊。新華社對(duì)該研究成果進(jìn)行了深入報(bào)道，讓我們一起走進(jìn): 機(jī)器“昆蟲”待高飛。

新華社對(duì)該研究成果進(jìn)行了深入報(bào)道。

北京航空航天大學(xué)實(shí)驗(yàn)室里，一只體態(tài)玲瓏的仿生昆蟲機(jī)器人自在穿梭，隨后抵進(jìn)一條狹窄的“死胡同”，由于空間限制沒法騰挪掉頭，它便倒著小步快跑了出來(lái)。這只機(jī)器“昆蟲”身長(zhǎng)2厘米、寬1厘米、重不足2克，垂直投影面積約兩個(gè)指甲蓋大小，由北航教授閆曉軍團(tuán)隊(duì)研發(fā)。它在災(zāi)后救援、機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)檢測(cè)等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。

近日，該團(tuán)隊(duì)關(guān)于“昆蟲機(jī)器人實(shí)現(xiàn)倒跑”的研究成果，登上了國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》。這一刻，距閆曉軍首次“牽手”微型機(jī)器人動(dòng)力研究，已經(jīng)過(guò)去15個(gè)春秋。

北航科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)的機(jī)器“昆蟲”

2009年，閆曉軍作為青年訪問(wèn)學(xué)者參與“電壓對(duì)微梁位移影響”的實(shí)驗(yàn)。他細(xì)心地觀察到，直流電壓升到一定范圍時(shí)微梁發(fā)生了不間斷的振動(dòng)。依常理，只有交流電才會(huì)引發(fā)振動(dòng)。由于這個(gè)“反常”現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)?zāi)康臒o(wú)關(guān)，在閆曉軍指出后，其他實(shí)驗(yàn)人員并未再深入研究。

當(dāng)時(shí)的一幕卻在閆曉軍的腦海里反復(fù)回放，“那種振動(dòng)好像蜜蜂撲騰的翅膀！”航空動(dòng)力領(lǐng)域出身的他聯(lián)想到，接近蜜蜂尺寸的無(wú)人機(jī)體型過(guò)小，沒法像普通無(wú)人機(jī)一樣裝載電機(jī)。正是因此，各國(guó)研究團(tuán)隊(duì)紛紛苦尋適配微型無(wú)人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)。“這種振動(dòng)原理能否用在無(wú)人機(jī)的‘翅膀’上？”自此，閆曉軍踏上了在這個(gè)方向的探索旅程。

欲學(xué)飛，先學(xué)走。“地上爬的動(dòng)力機(jī)制弄明白了，才能用在飛行器上。就像活塞發(fā)動(dòng)機(jī)最初是在汽車上使用，幾十年后才成了飛機(jī)的動(dòng)力源。”作為航空人，閆曉軍深諳其中之道。

從探究明白“反常”現(xiàn)象背后的原理，到第一代機(jī)器“昆蟲”雛形初現(xiàn)，8年時(shí)間一晃而過(guò)。“緊接著，你要讓它在帶著外接電線的情況下跑起來(lái)，然后要實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)彎，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)推進(jìn)，讓它能夠脫線爬行，再脫線轉(zhuǎn)彎。”閆曉軍坦言，每進(jìn)一步，背后都是浩繁的工程。

北航科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)的多款機(jī)器“昆蟲”

在航空動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，搞傳統(tǒng)的高溫結(jié)構(gòu)力學(xué)等方向的研究，似乎才是公認(rèn)的“正業(yè)”。因此，團(tuán)隊(duì)曾在機(jī)器“昆蟲”研究處于爬坡過(guò)坎的初期時(shí)，多次被外界質(zhì)疑。

“那會(huì)兒確實(shí)聽了有點(diǎn)傷心。”現(xiàn)已是北航副教授的劉志偉回憶，從讀博到留校任教，他一直在閆曉軍團(tuán)隊(duì)研究微型機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)。曾擺在團(tuán)隊(duì)面前的一根“最難啃的硬骨頭”，他至今難忘——

沒有外接電線供電，小小身軀怎樣才能跑起來(lái)？“斷開外接的電源，就意味著要在機(jī)器人身上搭載電池、電路板。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，負(fù)重增加后，‘昆蟲’寸步難移。”劉志偉說(shuō)，三年時(shí)間里，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了幾十種機(jī)身新構(gòu)型，調(diào)整了百余次參數(shù)，“但它的腿就像粘在了地上，紋絲不動(dòng)。”

于是，深夜忙完，他總要坐在電腦前向動(dòng)物們“請(qǐng)教”，一幀幀反復(fù)考究它們的運(yùn)動(dòng)步態(tài)。甲殼蟲、螞蚱、野馬、兔子……最終，豹子成了打破僵局的關(guān)鍵變量。“豹子的彈跳奔跑給了我們靈感。”他一邊回憶，一邊松了口氣。根據(jù)豹子的運(yùn)動(dòng)步態(tài)，團(tuán)隊(duì)最終設(shè)計(jì)出新一代仿生機(jī)器“昆蟲”，實(shí)現(xiàn)了脫線爬行。

從零開始探索，到目前實(shí)現(xiàn)可控倒跑，這個(gè)團(tuán)隊(duì)反復(fù)“跌倒又爬起”，機(jī)器“昆蟲”也在“摸爬滾打”中漸漸蛻變。

時(shí)光青睞有心人。團(tuán)隊(duì)的研究成果首次迎來(lái)井噴——今年，三項(xiàng)成果先后登上了國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》子刊、《自然》正刊以及《科學(xué)》子刊，這是15年來(lái)團(tuán)隊(duì)聚焦微型機(jī)器人動(dòng)力研究的最高科研成果，得到學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界贊賞。

如今，從這一研究方向培養(yǎng)出的碩博畢業(yè)生已有16人，其中，最早的幾批博士生有的已留校任教，并成長(zhǎng)為副教授、教授，他們正帶著一批又一批學(xué)生，接力深耕開拓。

“我們的終極目標(biāo)，是要研發(fā)出撲翼式微型無(wú)人機(jī)，像蜜蜂一樣飛起來(lái)。”今年51歲的閆曉軍說(shuō)，“也許還要等下一個(gè)15年，或許更久。”蟄伏的機(jī)器“昆蟲”，靜待高飛。