通过静电附着物体表面的飞行机器人

鸟儿们停靠在树枝上的动作看似简单，但若要创造一个像它们一样，能够降落在墙或者树枝上——并重新起飞——的飞行器，任务艰巨。以往，这类迷你飞行器（MAV）曾尝试使用钉子或磁力降落设备来实现停靠这一功能，而且重新起飞会消耗大量宝贵能量。但是，来自哈佛大学、麻省理工大学和其它机构的研究人员们完全改变了这一现状。他们创造了一个装有翅膀的微型机器人，拥有一个不讨人喜欢的头部，但是，这个头部可以利用静电吸附在大多数物体表面，就像摩擦气球表面，让它附着在墙上。

通过在物体表面与头部电极之间创造出静电吸引力，这个具有「电粘性（electro adhesive）」的 MAV 可以倒挂在木头或玻璃表面，甚至是一片树叶上。根据《科学》杂志报道，较之维持飞行状态，维持同等时长的静电吸引状态所需能量少了「三个数量级」。「机器越小，电量不足所引发的问题就越严重，」麻省理工大学机械工程博士 Moritz Alexander Graule 说。

这个迷你飞行器（MAV）利用静电荷依附在物体表面上，与气球的静电吸附原理相似。

通过悬挂在物体底部，MAV 能够无障碍地观察下方的情况，并在长时间停留时免受极端天气的影响。Graule 说，这种头部静电方法，是通过改变物体表面的电荷分布来实现依附的。这种方法在表面是光滑的时候尤其有效，所以，机器能更好地依附在玻璃表面，而不是粗糙的或多孔的表面。重新起飞时，机器会切断磁盘上的滚轮铜电极的电力，并重新启动翅膀。

其它处在开发中的微型飞行器，往往都使用更机械化的方法来实现停靠。例如，伦敦帝国学院航天工程教授 Mirko Kovac 说，斯坦福大学的攀附无人机（scansorial UAV）利用配备的传感器来感知环境，比如，一堵墙，然后使用腿部的微型尖刺实现着陆或者依附操作。在本周《科学》杂志上的一篇文章中，Kovac 分析了 MAV 飞行的最新发展。据他所说，在节约能量这一方面，研究人员正尝试通过利用风力来减少飞行器的电池使用压力，甚至想办法让小型 MAV 在空中停靠在较大的 MAV 上，这样，就能用更少的能量飞行更远的距离。

然而，仍有一项难题有待解决：如何将电池和微型处理器结合，让 MAV 更加自动化。目前，小型飞行器依赖的是一种有线栓绳，提供电力和来自外部传感器的数据，以确定飞行时的所处位置。但是，研究人员想要打造一种电池版本的飞行器，配有足够机载电能，还有无栓绳飞行的智能功能。他们也考虑过这种可能性：让无人机粘附垂直表明，而这不仅需要更强大的依附能力，还需要 MAV 有办法实现自我调整，这样，它的翅膀就不会干扰降落。

但是，哈佛大学的工程与应用科学教授 Robert Wood 认为，这样的飞行器恐怕还需一两年才能走出实验室，实现广泛应用，还需要大概十年时间。他说，「据我所见，（MAV）多被用于搜索和救援、探索危险环境——基本上是那些需要低成本，并且布置传感器太困难或者太危险的场景」。他认为，从无到有、以这种规模研发设备过程中，会遇到技术难题，如果解决了这些难题，这项研究就能为人类带来更加直接的好处。现在，他的同事正使用研发出的微加工（microfabrication）技术，打造它们的 MAV。

本文选自 Scientific American，作者：Larry Greenemeier；机器之心编译，参与：微胖、孙睿