受鸽子启发的机器人可以前所未有的稳定性驾驭飞行

　　为了调节它的运动，研究人员开发了PigeonBotⅡ，这是一种受生物启发而设计的飞行机器人，它的翅膀和尾巴可以变形，利用仿生骨架和真正的鸽子羽毛模仿鸟类的运动。除了张开翅膀，机器人还能倾斜、展开、抬高或左右移动尾巴。

　　风洞和室外测试表明，反射式尾翼调整和机翼变形减轻了荷兰滚的不稳定性，使飞机能够在起飞、巡航和着陆时实现稳定的自主飞行。

　　据斯坦福大学埃里克·张领导的研究小组称，这些发现揭示了鸟类如何在没有方向舵或垂直尾翼的情况下稳定飞行。

鸟类启发的稳定性

　　与飞机不同，鸟类通过不断调整翅膀和尾翼的形状来实现无舵滑翔。飞机则依靠水平尾翼等固定结构来控制俯仰稳定性，垂直尾翼来控制偏航。

　　飞机可以利用翼展或特殊设计在没有垂直尾翼的情况下保持稳定，而鸟类则可以在不同的翼型上更有效地实现无舵飞行，而无须依赖基于阻力的机制。这种灵活性使鸟类能够在飞行过程中保持稳定和控制，即使是在充满挑战的条件下。

　　例如，鸽子在翻滚、倾斜或偏航时会表现出一致的反射。当引入模拟飞行条件（如空气吹拂羽毛）时，这些反射会更加强烈。这些反射使鸟类能够像自控飞机一样稳定飞行。

　　空气动力学研究和模拟表明，鸽子由反射驱动的翅膀和尾巴调整是保持飞行稳定性的关键。这种认识可能会为设计出更高效、雷达隐身的飞行器提供灵感。

　　“没有垂直尾翼的飞机会出现荷兰滚式的滚动不稳定性——一种使飞机左右摇晃的现象。研究表明，滑翔鸟类通过反射性地调整翅膀和尾巴来避免这种不稳定性——当风刺激它们的前部的胸羽时，就会触发这种反应。”研究小组在一份声明中说。不过，研究人员强调，在现场实验中检验这一假设具有挑战性。

自主翅膀创新

　　研究小组开发了一个机器人平台——TailBot，该平台配有固定的泡沫板翅膀、一个可调节的尾巴（具有12根真的鸽子羽毛）和一个自适应反射控制系统。

　　尾翼可以卷起、展开、倾斜和左右移动。室内测试表明，TailBot可以反射性地调整尾部，以应对荷兰滚的不稳定性，但室外飞行时会遇到乱流，导致坠机。

　　为了应对这些挑战，他们创造了PigeonBot II，这是一种配备了腕式螺旋桨、变形翅膀、鸽子式翼尖和52根真鸽子羽毛的先进版本。

　　通过风洞实验，PigeonBot II对其反射控制系统进行了微调，实现了对翅膀形状和尾部角度的协调调整。这些改进帮助PigeonBotⅡ克服了湍流和荷兰滚。

　　此外，自适应反射参数支持户外自主操作，包括起飞、巡航和着陆。这一创新方法展示了基于反射的控制在开发更高效、更稳定的生物启发飞行机器人方面的潜力。

　　研究人员在一份声明中说：“这项工作证实了鸟类如何通过反射功能完成无舵飞行，并能启发无舵飞行器减少雷达信号并提高效能。”研究小组将研究细节发表在《科学机器人学》（Science Robotics）杂志上。（航科）

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