基于动态自适应原理参照昆虫结构设计的飞行机器人的优劣

　　当Chen Li还在加州伯克利分校的Poly-Pedal实验室和 Biomimetic Millisystems 实验室做研究员时，这两个实验室都在研发具备多飞行功能的机器人，为此他们参照了蟑螂的生理结构，为这些飞行机器人设计了用于穿越障碍物的外壳。随着 Chen Li 毕业，这种设计方式开始被带到了更多地方，比如他毕业后所去的约翰霍普金斯大学。在那里，他拥有自己的实验室 Terradynamics。

　　在2016年的 IROS 上，Chen Li 发表了自己的一篇论文，阐述要如何使用新的方法设计一款“带脚又带壳”的飞行机器人——基于动态自适应原理，参照昆虫的结构设计出可以自己翻转的飞行机器人。

　　之所以采用这种设计方式，是因为仅仅具备类似蟑螂外壳设计的机器人并不能很好地做到独立进行翻转运动，如果在飞行过程中它们不小心被翻转过来，就会无法动弹。真正的蟑螂并不存在这个问题，因为他们能够使用自己的翅膀重新获得平衡。为此，李教授将机器人的壳体设计成了两瓣，并在其中加入一些促动器，从而设计出具备相同能力的“蟑螂机器人”。

　　为了让飞行更有效率，这款蟑螂机器人的翅膀被设计得相当宽大。根据实验室的试验结果，即便是在机器人处于电量低的状态下时，机器人仍然能够成功地进行自我翻转——分开的两瓣独立式设计的翅膀在不对称打开工作时，能够帮助机器人重获平衡。

　　据李教授透露，飞行机器人这种自我纠正的方法和其他自动纠正方法相比更具优势，是因为这种翅膀的设计能够让机器人学会“变形”，实现多种运动功能的自由切换，包括穿越各种障碍物，进行自我扶正等等。李教授所在的 Terradunamics 实验室目前就正致力于这种可集成多功能飞行机器的研究。此外，利用这种基于翅膀式设计的自我平衡是一种动态的实现，通过更强大的功能来克服飞行障碍，这比目前使用准静态形状变化的设计更高效的表现性能，在重心移动、被动旋转的条件下能够重新进行“自我组装”。

　　翅膀的设计还包含着很多的细分参数调配，通过调整翅膀张开的幅度、速度、不对称性和形成形状来实现不同的功能，这些不同的定量关系作为设计中的准则，能够用于调整和实现期望中的目标性能。而所有这些在以往传统的自我调整机制中都是不具备的。

　　当然，李教授也表示，目前要制造出一个能够像蟑螂一张灵活的机器人还有很长的一段路要走。因为这样的机器人意味着需要同时具备疾走、飞行、爬行等多种复杂运动能力，而这些在动态复杂环境中实现多种功能的研发目前而言仍然具备一定的挑战性，它还需要类似于空气动力学和流体动力学的先进运动地形交互模型。不过目前 Terradynamics 已经开始了相关的研究。即便所有这些技术问题得到了有效解决，最后还有非常重要的工程问题需要完成，包括功率的限制、既坚固又有弹性的材料开发和设计等等。