据《麻省理工学院技术评论》10月20日报道,美国麻省理工学院与瑞士洛桑联邦理工学院的工程师研制出一款不足300克的“扑翼式空中—水下航行器”(FAAV),它既能像海鸥、海鹦那样潜入水中游泳,又能跃出水面继续飞行。

水比空气密度高约1000倍,在两种介质中移动通常需要不同机制。这款机器人由中央机身、两片柔性翅膀和可转向尾部构成,机身内装电池和防水电机。电机驱动曲轴,使翅膀按预设频率上下扑动;翅膀由薄膜制成,表面涂有疏水纳米颗粒以帮助排水;尾部由电机驱动,可改变角度,协助机器人上升或下潜。

研究团队在水箱和日内瓦湖开展实验,寻找翅膀尺寸、扑动频率和尾部角度的组合,使机器人从游泳平稳过渡到飞行。实验显示,中等尺寸翅膀效果最好:它在水中足够柔韧,可减小扑动幅度,在空中又足够坚挺,能维持升力。机器人的速度和扑动频率与真实鸟类相近,70度的相对陡峭俯仰角使其得以从水中跃入空中。许多潜水鸟类会用脚划水协助离开水面,但团队发现该机器人不需要脚。

麻省理工学院机械工程助理教授拉斐尔·祖费雷说,他们的设想是让海洋学家、海洋生物学家和沿海社区居民从船上或岸边放出机器人,让它飞近冰山、港口设施或鲸群上方,再潜入水中测量或采样,随后飞回交付数据,成本远低于传统方法,之后还能再次出动。

研究人员目前正设计既能扑动又能转向的翅膀,并将测试机器人在湍流条件下的表现,包括在波浪起伏的水中游泳和风中飞行。祖费雷表示,海洋科学的一大挑战是频繁且多点位地采集数据,未来这类机器人可以每周甚至每小时出动,高速飞出、下潜、返回交付数据并再次出发。