王晨陽，張衛(wèi)平，鄒 陽

（微米/納米加工技術(shù)重點實驗室，薄膜與微細技術(shù)教育部重點實驗室，上海市北斗導航與位置服務重點實驗室，上海交通大學電子信息與電氣工程學院微納電子學系，上海 200240）

1 引 言

對飛行器的研究來源于人類對飛行生物的羨慕和敬畏。目前廣泛研究的飛行器主要包括固定翼、旋翼和撲翼飛行器三種［1］。在大飛機領(lǐng)域，固定翼和旋翼飛行器在民用航空、國防軍事和通用航空等方面已經(jīng)完美地展現(xiàn)了各自的應用價值。而隨著尺度的縮小、雷諾數(shù)的降低，固定翼和旋翼飛行方式很難產(chǎn)生足夠的升力來克服自身重力起飛；在遇到外界干擾（比如陣風）時，很難保持自身穩(wěn)定。相比于固定翼飛行，撲翼飛行可以產(chǎn)生穩(wěn)定的氣動力，實現(xiàn)懸停［2-5］。與旋翼相比，撲翼飛行擁有更多的靈活性和機動性，可以使用較少的能量實現(xiàn)較長距離的飛行。因此，在小尺度下（特別是接近昆蟲尺度時），撲翼飛行相比固定翼和旋翼飛行，擁有更多的優(yōu)勢。

作為自然界中利用撲翼飛行的代表生物，昆蟲的飛行方式非常獨特，其雷諾數(shù)一般小于104，可以產(chǎn)生自身重量幾倍的升力［2-7］，具有高的攻角和高的升阻比，可以在空中實現(xiàn)懸停、任意方向飛行和快速轉(zhuǎn)彎，能抵抗外界環(huán)境的干擾，在狹縫、管道等復雜的環(huán)境中自由飛行，表現(xiàn)出很強的敏捷性、機動性和穩(wěn)定性。

在過去三十年中，研究人員對昆蟲的飛行產(chǎn)生了濃厚的興趣，并開始研究昆蟲飛行產(chǎn)生高升力的機理，嘗試模仿昆蟲去設(shè)計一些仿昆蟲撲翼微飛行器（Flapping-wing Micro Air Vehicle，F(xiàn)MAV）。美國DARPA、NASA大力支持加州理工學院和美國航空環(huán)境公司等研究機構(gòu)，著力于仿生FMAV的研究。美國國家科學基金會、陸軍研究實驗室、海軍實驗室和空軍科學實驗室大力支持哈佛大學從事昆蟲尺度仿生FMAV的樣機研究。美國卡內(nèi)基梅隆大學、加州大學伯克利分校、麻省理工學院、斯坦福大學、普渡大學，日本東京大學、千葉大學，新加坡南洋理工，法國里爾大學和荷蘭代爾夫特大學等研究機構(gòu)也開展了仿昆蟲FMAV的相關(guān)研究。Science等權(quán)威期刊針對仿昆蟲FMAV的研究進行了大篇幅的報道和關(guān)注。

本文介紹了國內(nèi)外對仿昆蟲FMAV的研究進展，并從驅(qū)動方式、胸腔結(jié)構(gòu)、制造方法、共振機制、飛行方式、控制方案、傳感策略和機載設(shè)備等方面，對目前仿昆蟲FMAV的相關(guān)研究進行了分析。仿昆蟲FMAV是飛行器領(lǐng)域乃至機器人領(lǐng)域中一個非常重要的研究方向，其發(fā)展將會促進軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域的共同發(fā)展。目前世界范圍內(nèi)對昆蟲的飛行機理還在研究中，驅(qū)動技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝和飛行控制等方面也不斷有新的成果報道。仿昆蟲FMAV可以類似于昆蟲實現(xiàn)超低空飛行，通過攜帶任務載荷在復雜地形和狹窄空間中高效地執(zhí)行特定任務，在軍事偵察、危險環(huán)境探測、災難搜救、電子干擾以及反恐監(jiān)視等軍事和民用領(lǐng)域具有不可估量的應用潛力。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1987年，麻省理工學院的Flynn［8］第一次提出了小昆蟲機器人的概念，并針對小昆蟲機器人的發(fā)展提出了一些技術(shù)愿景和研究策略。他認為，隨著智能機器人計算機體系結(jié)構(gòu)、傳感器集成算法和微加工技術(shù)（微馬達、微傳感器和微功率電路）等領(lǐng)域取得重大突破，將很有可能誕生一種新的機器人——小昆蟲機器人。這種機器人將大腦、傳感器、執(zhí)行器和電源高度集成在一小塊芯片上，能實現(xiàn)大批量低成本的制造。

自從小昆蟲機器人的概念被提出之后，陸續(xù)有科學家開始進行仿昆蟲FMAV的樣機研制。針對仿昆蟲FMAV的樣機研究，科學家們嘗試了不同的驅(qū)動方式，主要包括靜電驅(qū)動、壓電驅(qū)動、電機驅(qū)動和電磁驅(qū)動等。

2.1 靜電驅(qū)動仿昆蟲FMAV

1992年，東京大學的Suzuki K等［9］首次開展了仿昆蟲FMAV的研究。他們通過研究雙翅目昆蟲拍翅運動中肌肉和骨架的運動情況，如圖1（a）所示，設(shè)計了微尺度下的無摩擦柔性鉸鏈來代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械系統(tǒng)中的剛性鉸鏈，第一次將柔性鉸鏈應用到仿昆蟲FMAV上。他們以硅為基底、磷硅酸玻璃作為犧牲層、多晶硅作為剛性結(jié)構(gòu)層、聚酰亞胺作為柔性變形層，成功實現(xiàn)了多層材料的疊層加工［10］。飛行器以鋁板作為電極，使用靜電驅(qū)動原理，將“剛性層——柔性鉸鏈”從二維平面折疊成三維結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了類似于昆蟲的拍打運動，如圖1（b）和（c）所示。由于當時對昆蟲飛行機理的研究不夠成熟，再加上受到材料、加工工藝和驅(qū)動技術(shù)的限制，導致最終設(shè)計的仿昆蟲FMAV并不能產(chǎn)生飛行所需要的升力。盡管如此，他們提出的柔性鉸鏈的設(shè)計思想和制造方法對后來的研究產(chǎn)生了很深遠的影響。

圖1 東京大學最早開始研究仿昆蟲FMAV［9-10］Fig.1 University of Tokyo first began to study the insect-inspired FMAV［9-10］

2.2 壓電驅(qū)動仿昆蟲FMAV

從1998年起，加州大學伯克利分校的Biomimetic Millisystem實驗室就開始了MFI（Micromechanical Flying Insect）項目的研究，目的是制造出一種翼展25mm的能自主飛行的機械昆蟲［11-12］。Wood等人［13］第一次提出了基于多層平面材料的“智能復合微結(jié)構(gòu)”（Smart Composite Microstructures，SCM）加工工藝。如圖2所示，MFI項目研制的飛行器由四個雙晶片壓電驅(qū)動器驅(qū)動，整機擁有四個自由度。每個翅膀的運動均由兩個壓電驅(qū)動器控制。傳動機構(gòu)采用簡單的平面四連桿機構(gòu)，鉸鏈采用碳纖維-高分子膜-碳纖維的“三明治”柔性鉸鏈。傳動機構(gòu)的作用是將壓電驅(qū)動器的微小尖端位移轉(zhuǎn)化為翅膀的大幅度拍打運動，同時，兩個壓電驅(qū)動器的“差分”運動可以主動控制翅膀的扭轉(zhuǎn)角度。

圖2 MFI的胸腔結(jié)構(gòu)［11-12］Fig.2 Structure of the MFI thorax［11-12］

最終，MFI項目研制的機械飛行昆蟲在放大版壓電驅(qū)動器的作用下，拍打共振頻率達到275Hz，拍打角度達到±40o，單個翅膀產(chǎn)生的最大升力能達到1400μN［13］。但是，由于飛行器自身系統(tǒng)過于復雜而且質(zhì)量較大，最終沒能克服自身重力起飛。盡管如此，這些研究為之后的壓電驅(qū)動仿昆蟲FMAV的成功起飛打下了堅實的基礎(chǔ)。特別是該項目中提出的SCM工藝，為仿昆蟲FMAV的研究積累了重要的技術(shù)手段。

2007年，哈佛大學Microrobotics實驗室的Wood［14-15］成功研制了世界上第一臺能克服自身重力起飛的仿昆蟲FMAV（命名為HMF）。Wood繼續(xù)采用壓電驅(qū)動方式，加工方法沿用了SCM工藝。相比伯克利MFI的復雜結(jié)構(gòu)，HMF進行了很大的改進和優(yōu)化。HMF的結(jié)構(gòu)設(shè)計非常簡單，主要由四個部件組成：壓電驅(qū)動器、傳動機構(gòu)、翅膀和機身［14］，采用單個壓電驅(qū)動器通過兩個四連桿同時驅(qū)動兩個翅膀?qū)崿F(xiàn)拍打運動，如圖3（a）所示。翅膀在氣動力和慣性力的作用下實現(xiàn)被動扭轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生升力。最終研制的樣機如圖3（b）所示，質(zhì)量約60mg，翼展約3cm，拍打幅值±60o，扭轉(zhuǎn)幅值±45o，共振頻率110Hz，在外置電源的幫助下實現(xiàn)了沿豎直導軌攀升，如圖3（c）所示，這是仿昆蟲FMAV研究史上的一次重大突破。但是，值得強調(diào)的是，這款飛行器的兩個翅膀由同一個壓電驅(qū)動器控制，原理上實現(xiàn)不了三維空間的多自由度控制，因此不可能滿足在空中自由飛行的需求。

圖3 哈佛大學研制的仿昆蟲FMAV［14-15］Fig.3 Insect-inspired FMAV developed by Harvard University［14-15］

由于HMF的兩個翅膀由同一個壓電驅(qū)動器驅(qū)動，只能產(chǎn)生對稱的運動，因此飛行器無法實現(xiàn)偏航和翻滾運動。為了克服這個問題，從2009年開始，F(xiàn)inio等人［16-18］在HMF的基礎(chǔ)上，設(shè)計了利用多個壓電驅(qū)動器驅(qū)動的昆蟲機器人。如圖4所示，通過使用能量驅(qū)動器來實現(xiàn)兩個翅膀的拍打運動，同時，引入控制驅(qū)動器來調(diào)節(jié)左右翅膀的拍打幅值，產(chǎn)生不對稱的翅膀運動，進而實現(xiàn)力矩控制。但是這類方案也引入了兩個新的問題：昆蟲機器人的拍打運動依然主要靠同一個壓電驅(qū)動器驅(qū)動，兩個翅膀拍打的相位始終保持一致，不能產(chǎn)生偏航力矩，而且兩個翅膀不能實現(xiàn)完全解耦控制；引入控制驅(qū)動器也增加了系統(tǒng)的質(zhì)量。他們嘗試了三種不同的空間布置方案，但是最終均沒實現(xiàn)可控飛行。

2011年，卡內(nèi)基梅隆大學的Hines等人［19］研制了一種雙壓電驅(qū)動的仿昆蟲FMAV。如圖5（a）所示，該飛行器機身主體由碳纖維構(gòu)成，采用左右對稱結(jié)構(gòu)，每個翅膀的拍打運動分別由一個壓電驅(qū)動器帶動球面四連桿機構(gòu)進行控制，翅膀的扭轉(zhuǎn)依然采用被動扭轉(zhuǎn)。雙晶片壓電驅(qū)動器尖端產(chǎn)生的位移是旋轉(zhuǎn)運動，而哈佛大學之前的研究經(jīng)驗是使用兩個串聯(lián)的平面四連桿機構(gòu)將壓電驅(qū)動器的尖端旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為翅膀的往復拍打。Hines等人在這里引入了球面四連桿機構(gòu)，如圖5（b）所示，實現(xiàn)了兩個串聯(lián)平面四連桿機構(gòu)的功能，在結(jié)構(gòu)上顯得更加緊湊和高效。通過使用PID控制算法，控制兩個翅膀的拍打頻率、幅值和偏置，可以實現(xiàn)翻滾力矩和俯仰力矩的控制。這款飛行器的加工方法沿用了SCM工藝，最終的樣機翼展72mm，質(zhì)量705mg，拍打共振頻率35Hz，最大拍打幅值100o，升重比約0.2［19］，雖然沒有實現(xiàn)克服重力起飛，但是從樣機角度驗證了力矩控制的可行性。

圖4 Finio設(shè)計的由多個壓電驅(qū)動器驅(qū)動的HMFFig.4 HMF with multiple piezoelectric actuators designed by Finio

圖5 卡內(nèi)基梅隆大學研制的雙壓電驅(qū)動仿昆蟲FMAV［19］Fig.5 FMAV with double piezoelectric actuators developed by Carnegie Mellon University［19］

圖6 Finio設(shè)計的改進機身之后的三壓電驅(qū)動HMF［20］Fig.6 HMF with three piezoelectric actuators designed by Finio with airframe improved［20］

2012年，F(xiàn)inio等人［20］重新研究了三壓電驅(qū)動的HMF。如圖6所示，原有的結(jié)構(gòu)基本沒發(fā)生變化，只是機身做了一點簡單的優(yōu)化。之所以會有研究上的反復，是因為美國空軍研究實驗室的研究人員提出了一種新的控制策略——“劈裂控制”［21-24］。這種控制方法讓三壓電驅(qū)動的HMF成功實現(xiàn)了翻滾、俯仰和偏航力矩的三自由度控制（2009年只能實現(xiàn)翻滾和俯仰力矩控制）。劈裂控制的精髓在于，翅膀上沖程拍打和下沖程拍打的角速度不一致，幅度一致，從而產(chǎn)生偏航力矩［21-22］。雖然在劈裂控制的作用下，改進版的三壓電驅(qū)動HMF成功克服重力起飛并實現(xiàn)了開環(huán)力矩控制，但是控制驅(qū)動器的引入大大增加了系統(tǒng)的復雜程度，而且自由度之間存在強烈的耦合關(guān)系，并不利于昆蟲機器人最終實現(xiàn)在空中的自由可控飛行。因此，這種三壓電驅(qū)動方式最終也被放棄了。

2012年，哈佛大學Microrobotics 實驗室的Ma等人［25］在HMF基礎(chǔ)上研制了世界上第一臺擁有飛行能力的昆蟲尺度雙壓電獨立驅(qū)動仿昆蟲FMAV，如圖7（a）所示。該飛行器沿用SCM工藝，采用被動扭轉(zhuǎn)，每個翅膀由一個壓電驅(qū)動器通過球面四連桿單獨控制，如圖7（b）所示。最終的樣機質(zhì)量70mg，通過使用劈裂信號驅(qū)動，成功產(chǎn)生翻滾、俯仰和偏航三軸力矩，并能產(chǎn)生1.3mN的升力，足夠克服自身重力起飛。2013年，通過進一步的優(yōu)化，Ma等人［26］研制的昆蟲尺度雙壓電獨立驅(qū)動仿昆蟲FMAV實現(xiàn)了在空中自由可控飛行。采用外置電源驅(qū)動控制，如圖7（c）所示利用外部Vicon系統(tǒng)進行實時運動捕捉和反饋。研究成果發(fā)表在Science雜志上。2014年，進一步提出了自適應控制，降低了FMAV的飛行誤差，提高了FMAV的穩(wěn)定飛行時間［27］。除此之外，利用自適應控制，成功實現(xiàn)了FMAV的穩(wěn)定定向飛行，穩(wěn)定起飛和降落，如圖8所示。

圖8 哈佛大學雙壓電獨立驅(qū)動FMAV自適應控制［27］Fig.8 Adaptive control of the FMAV developed by Harvard University［27］

2015年，通過對原有樣機尺寸的放大，并對結(jié)構(gòu)進行進一步的優(yōu)化，哈佛大學Microrobotics實驗室的Ma等人［28］研制出了更大尺寸的撲翼飛行器，如圖9所示。為了支持樣機測試和防止機翼損壞，添加了一個由薄碳纖維翼梁組成的防滾架，以防止機翼撞擊地面，提高了飛行器使用過程中的安全性與可靠性。最終樣機翼展5.5cm，質(zhì)量265mg，可提供的升力達380mgf。這使得飛行器可以有更多的負載，用來攜帶更多的傳感器。

圖9 哈佛大學研制的壓電式撲翼飛行器 ［28］Fig.9 Piezoelectric driven insect-scale flying robot developed by Harvard Microrobotics Lab［28］

2015年，哈佛大學Microrobotics實驗室的Chen Y等人［29］基于CFD和系統(tǒng)動力學分析，仿真了多模態(tài)撲翼在空氣和水中的運動，并通過實驗證明了該尺度下的撲翼飛行器具備在水中運動的能力，如圖10（a）所示。2016年，哈佛大學的Graule M A等人［30］設(shè)計了一種電粘合劑裝置，驗證了該尺度下的撲翼飛行器能夠棲息在玻璃、木材和樹葉等多種材料表面上，如圖10（b）所示。2017年，Chen Y等人［31］又開發(fā)了一款具備水空兩棲運動能力的機器人，如圖11所示，該款機器人質(zhì)量175mg，為了實現(xiàn)在兩種流體（空氣、水）中的運動，設(shè)計了多種拍打方式，并開發(fā)了一個微型氫氧發(fā)生裝置，通過點燃氣體產(chǎn)生爆炸的方式使得機器人克服液體表面張力，實現(xiàn)了機器人在不同流體之間的變換。

上海交通大學從2009年開始MEMS仿昆蟲FMAV的研究［32］，2015年基于SCM和MEMS加工工藝成功研制如圖12所示的壓電驅(qū)動仿昆蟲FMAV，樣機質(zhì)量84mg，翼展35mm，拍打角度120o，共振頻率100Hz，實現(xiàn)了毫克級壓電驅(qū)動仿昆蟲FMAV國內(nèi)首次成功起飛［33］。

圖10 哈佛大學對FMAV的應用拓展Fig.10 Application researches of the FMAV developed by Harvard University

圖11 哈佛大學研制的水空兩棲微型撲翼機器人［31］Fig.11 Hybrid aerial-aquatic FMAV developed by Harvard University［31］

圖12 上海交通大學研制的毫克級壓電驅(qū)動仿昆蟲FMAV［33］Fig.12 Physical prototype of the piezoelectric driven insect-inspired FMAV in milligram［33］

2.3 電機驅(qū)動仿昆蟲FMAV

電機驅(qū)動是一種比較成熟的驅(qū)動方式，因此，很多研究機構(gòu)選擇電機作為仿昆蟲FMAV的驅(qū)動裝置。由于個頭較大，因此以傳統(tǒng)電機作為驅(qū)動裝置的仿昆蟲FMAV往往擁有較大的負載能力，可以機載電源和各種傳感器，實現(xiàn)更多的功能。

從2005年開始，代爾夫特大學就開始了仿昆蟲FMAV的研制——DelFly系列樣機［34-36］。DelFly采用微型電機驅(qū)動，通過四連桿將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為翅膀的往復拍打運動，翅膀采用X翼結(jié)構(gòu)，并帶有尾翼，如圖13（a）所示。第一代樣機DelFly I質(zhì)量21g，翼展50cm，實現(xiàn)了機載攝像頭飛行。2007年，第二代樣機DelFly II質(zhì)量16g，翼展28cm，實現(xiàn)了盤旋和前飛，前飛速度達到7m/s，續(xù)航時間達到15min。2008年，代爾夫特大學研制出了新一代縮小版的樣機Delfly Micro，由鋰電池供電，機載微型攝像頭，整個樣機質(zhì)量僅為3.07g，翼展10cm，續(xù)航時間約3min。Delfly Micro獲得了2009年的吉尼斯世界紀錄——世界上最小的機載攝像頭的飛行器。2013年，在DelFly II的基礎(chǔ)上，代爾夫特大學成功研發(fā)了DelFly Explorer［35］，將無刷電機用線圈代替，大大減輕了系統(tǒng)的質(zhì)量，使用副翼代替尾翼從而獲得更好的氣動性能。DelFly Explorer攜帶了多種電子設(shè)備，包括電源、自動駕駛儀、氣壓計和微控制器等。值得強調(diào)的是，這款飛行器機載了質(zhì)量4g的立體視覺系統(tǒng)，能實現(xiàn)避障功能，如圖13（b）所示。DelFly Explorer整機質(zhì)量約20g，在無外界控制條件下可依靠立體視覺系統(tǒng)實現(xiàn)自主飛行達9min。DelFly Explorer是世界上第一臺擁有自主飛行能力的FMAV。2018年9月份，該團隊在Science發(fā)表了一篇論文［36］，展示了一種新的四翼撲翼機器人，如圖13（c）所示，將其命名為DelFly Nimble，盡管設(shè)計的飛行器是果蠅的55倍大小，但該款機器人不僅成功地模仿了果蠅超靈活的飛行機制，而且單次充電最大飛行距離長達1km，速度可達25km/h，可以懸停在半空或執(zhí)行各種極端動作，如俯沖和空中打滾。DelFly Nimble使用具有連續(xù)推力的轉(zhuǎn)子，可以支持協(xié)調(diào)的機翼運動。

圖13 代爾夫特大學研制的仿昆蟲FMAV——DelFly［34-36］Fig.13 DelFly developed by Delft University［34-36］

2012年，美國航空環(huán)境公司在DARPA的資助下，成功研制了納米蜂鳥機器人［37］，這款機器人是FMAV領(lǐng)域最成功的例子之一。如圖14（a）所示，納米蜂鳥機器人采用傳統(tǒng)電機加繩傳動驅(qū)動翅膀拍打，其中繩傳動類似于傳統(tǒng)的四連桿結(jié)構(gòu)，但是比四連桿更加簡單高效。翅膀的扭轉(zhuǎn)運動通過繩傳動以及機械限位裝置實現(xiàn)，屬于半主動控制。翅膜可以柔性變形，類似于真實的蜂鳥翅膀（相較于一般鳥類，蜂鳥的撲翼飛行方式更類似于昆蟲）。納米蜂鳥機器人機載電源設(shè)備、慣性傳感器、通訊設(shè)備和微型攝像頭，如圖14（b）所示，總質(zhì)量19g，翼展16.5cm，拍打頻率30Hz，最大前飛速度能達到6.7m/s，續(xù)航時間4min，能實現(xiàn)遠距離圖傳。值得強調(diào)的是，納米蜂鳥機器人采用的是外部遙控控制，首次實現(xiàn)了仿生FMAV的懸飛和六自由度可控飛行，如圖14（c）所示。

2013年，卡內(nèi)基梅隆大學的Hines和Sitti［38］研制出了一種雙電機直驅(qū)的仿昆蟲FMAV，樣機部件包括：兩個電機、兩個彈性單元、兩個翅膀和簡單的機身輔助結(jié)構(gòu)。這款飛行器結(jié)構(gòu)非常簡單，每個翅膀與電機直接相連（電機內(nèi)置齒輪減速箱），沒有其他外部傳動機構(gòu)，翅膀采用被動扭轉(zhuǎn)，如圖15所示。在翅膀與電機連接的地方使用了彈性單元，能夠儲存能量，并能實現(xiàn)系統(tǒng)共振。通過電機信號的調(diào)制以及彈性單元的配合，該飛行器可以產(chǎn)生翻滾和俯仰力矩。最終的樣機質(zhì)量2.7g，翅膀長度7cm，拍打共振頻率10Hz，升重比最大能達到1.4，在外置電源和開環(huán)控制條件下能實現(xiàn)帶線起飛（不使用豎直導軌）。但是由于自身負載能力有限，這款飛行器目前很難實現(xiàn)機載電源和閉環(huán)控制。

圖14 美國航空環(huán)境公司研制的納米蜂鳥機器人［37］Fig.14 Nano Hummingbird developed by AeroVironment Inc［37］

圖15 卡內(nèi)基梅隆大學研制的雙電機直驅(qū)仿昆蟲FMAV ［38］Fig.15 FMAV driven by double motors developed by Carnegie Mellon University ［38］

2011年，康奈爾大學使用3D打印機制成了新型紙翼仿昆蟲飛行器［39］，如圖16所示。飛行器機翼由碳纖維框架和包裹在外面的聚乙烯膜構(gòu)成，由3D打印技術(shù)制作，只需幾分鐘即可完成。機身設(shè)計能夠搭載一臺小型GM14引擎以及曲軸和鉸鏈。機翼由減速齒輪箱驅(qū)動。整個飛行器使用碳素纖維框架，質(zhì)量僅為3.89g，可在空中盤旋近90s。

圖16 康奈爾大學研制的新型紙翼仿昆蟲FMAV［39］Fig.16 The 3D-printed mechanical insect developed by Cornell University［39］

2015年，普渡大學Bio-Robotics實驗室的Zhang等人［40］研制出了一款電機驅(qū)動FMAV。該飛行器每個翅膀的拍打運動分別由一個電機帶動一個外置單級減速器產(chǎn)生，電機可以進行編碼控制，如圖17所示。翅膀的拍打軸與彈簧連接，起到儲存能量和實現(xiàn)系統(tǒng)共振的作用。翅膀采用被動扭轉(zhuǎn)，翅膀根部的Stopper結(jié)構(gòu)能防止翅膀發(fā)生過扭轉(zhuǎn)。在建立飛行器系統(tǒng)動力學模型時考慮了參數(shù)的不確定性和外部干擾，通過使用自適應魯棒控制（ARC），實現(xiàn)了翅膀的瞬態(tài)軌跡跟蹤。通過實驗證明ARC可以成功實現(xiàn)很多參數(shù)的跟蹤，如不同的幅值、偏置、頻率和劈裂周期等。2016年，最終研制的樣機質(zhì)量7.5g，拍打頻率超過30Hz，能成功克服重力起飛，并能實現(xiàn)力矩控制［41］。

圖17 普渡大學研制的電機驅(qū)動FMAV［40-41］Fig.17 Motor driven FMAV developed by Purdue University［40-41］

2015年，韓國建業(yè)大學的Park等人［42］通過模仿甲蟲，成功研制了一款無尾的仿昆蟲FMAV，如圖18所示。該飛行器通過使用曲柄滑塊機構(gòu)將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為翅膀的拍打運動。為了實現(xiàn)“clap and fling”氣動力機制，Park等人對傳動機構(gòu)進行了修正，使得翅膀能產(chǎn)生190o的拍打角度。該飛行器機載電源、伺服控制單元和接收器，拍打頻率23～26Hz，能產(chǎn)生18～22g的升力，在穩(wěn)定裝置的幫助下，可以在空中保持數(shù)秒鐘。2016年，在之前設(shè)計的樣機基礎(chǔ)上，Park等人［43］對仿昆蟲FMAV進行了控制器的設(shè)計，通過獨立控制兩個翅膀的沖程平面，使得左右翅膀產(chǎn)生不對稱的運動，進而產(chǎn)生俯仰、翻滾和偏航力矩。最終，通過遠程控制器，可以實現(xiàn)仿昆蟲FMAV的可控飛行。

圖18 韓國建業(yè)大學研制的仿甲蟲FMAV［42-43］Fig.18 Beetle-inspired FMAV developed by Konkuk University［42-43］

2017年，比利時布魯塞爾自由大學的Roshanbin A［44］等人成功研制了一款電機驅(qū)動的雙翼仿昆蟲FMAV，如圖19所示。樣機總質(zhì)量22g，翼展21cm，拍翅頻率22Hz，其通過一種被稱為“翅膀扭轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)”（wing twist modulation）的機構(gòu)改變翅膀翼面彎曲，進而實現(xiàn)俯仰和翻滾兩個自由度的穩(wěn)定，目前并未對被動穩(wěn)定的偏航軸進行主動控制。該樣機通過調(diào)整拍翅頻率來控制垂直高度，并基于PD反饋控制成功實現(xiàn)了機載電源下的15～20s的自主懸飛。

圖19 布魯塞爾自由大學研制的雙翼仿昆蟲FMAV［44］Fig.19 The hovering flapping twin-wing robot developed by Université Libre de Bruxelles［44］

2.4 電磁驅(qū)動仿昆蟲FMAV

以傳統(tǒng)電機作為驅(qū)動方式的FMAV往往體積和質(zhì)量都比較大，很難做到真正意義上的“仿昆蟲”。因此一些研究機構(gòu)開始研究電磁驅(qū)動原理，設(shè)計出了各種微型的電磁驅(qū)動器，并成功應用于FMAV研究之中。

2009年，里爾大學與法國航空航天研究院合作，首次采用電磁驅(qū)動原理和MEMS技術(shù)，研發(fā)了一款非常小的仿昆蟲FMAV。該飛行器的翅膀和機身采用MEMS工藝制造。飛行器由一個微小電磁直線驅(qū)動器（線圈和永磁鐵）驅(qū)動。胸腔使用柔性結(jié)構(gòu)制作，用于儲存能量和實現(xiàn)系統(tǒng)共振［45］。2013年，其設(shè)計的“納米飛行器”由背板、胸腔、線圈、永磁鐵和翅膀組成，翼展3.5cm，質(zhì)量22mg，共振頻率約80Hz，實現(xiàn)了66o的拍打運動，如圖20（a）所示［46］。2014年，最新研制的樣機，如圖20（b）所示，翼展3cm，質(zhì)量22mg，拍打頻率17.1Hz，實現(xiàn)了±40o的拍打角度，產(chǎn)生的平均升力（16.5mg）達到樣機質(zhì)量的75%［47］。雖然最終的樣機沒有成功克服重力起飛，但是為仿昆蟲FMAV的研究提供了一個可參考的驅(qū)動方案。

圖20 里爾大學與法國航空航天研究院研制的“Nano Air Vehicle” ［45-47］Fig.20 ‘Nano Air Vehicle’ developed by Lille University and ONERA［45-47］

2013年，普渡大學Bio-Robotics實驗室開始研究一種新型的電磁驅(qū)動器［48-50］。如圖21（a）所示，電磁驅(qū)動器主要包括楔形線圈、電磁彈簧、轉(zhuǎn)子、扭轉(zhuǎn)軸、機械定位銷和驅(qū)動器機身。楔形線圈通電，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩作用在永磁鐵轉(zhuǎn)子上，實現(xiàn)翅膀的拍打運動。同時，電磁彈簧可以儲存能量、產(chǎn)生非線性的剛度并實現(xiàn)系統(tǒng)共振。翅膀在氣動力和慣性力作用下發(fā)生被動扭轉(zhuǎn)，如圖21（b）所示，產(chǎn)生升力。機械定位銷的作用是防止翅膀發(fā)生過扭轉(zhuǎn)。最終，研制的電磁驅(qū)動器質(zhì)量2.6g，通過實驗測量和理論計算可知，基于這種電磁驅(qū)動器設(shè)計的FMAV在24V交流電壓作用下能實現(xiàn)升重比超過1［48-49］。2015年，實驗室的Roll等人［50］利用這種新型的電磁驅(qū)動器成功制作了一款仿昆蟲FMAV，如圖21（c）所示。該飛行器的每個翅膀分別由一個電磁驅(qū)動器控制，拍翅共振頻率超過70Hz，實現(xiàn)了克服重力起飛。

圖21 普渡大學研制的電磁驅(qū)動仿昆蟲FMAVFig.21 Electromagnetically driven insect-inspired FMAV developed by Purdue University

2012年，上海交通大學研制了一種基于MEMS工藝和電磁驅(qū)動原理的仿昆蟲FMAV［51］。該飛行器采用超靜定梁結(jié)構(gòu)，如圖22（a）所示，線圈中通入交流電，磁鐵會受到交替的電磁力，從而帶動翅膀?qū)崿F(xiàn)往復拍打運動?；赟U-8材料和準LIGA技術(shù)制作了仿昆蟲FMAV的背甲、胸腔、翅脈和機身結(jié)構(gòu)，翅膜采用Parylene-C制作。最終的原理樣機如圖22（b）所示，質(zhì)量144mg，翼展3.5cm，拍打頻率120～150Hz，最大拍打角度約27o。但是，由于拍打角度較小，且翅膀幾乎沒有扭轉(zhuǎn)運動，導致最終的樣機并沒有實現(xiàn)起飛。2015年，上海交通大學基于SCM和MEMS加工工藝成功研制如圖22（c）所示的毫克級電磁驅(qū)動仿昆蟲FMAV，樣機質(zhì)量80mg，翼展35mm，拍打角度140o，拍打頻率80Hz，實現(xiàn)了毫克級電磁驅(qū)動仿昆蟲FMAV世界范圍內(nèi)首次起飛［52］。

為解決仿昆蟲FMAV尺度微小、裝配難度大等問題，上海交通大學在2017年提出一種一體化的設(shè)計和制造方法［53］，將電磁驅(qū)動仿昆蟲FMAV的傳動機構(gòu)、機身和翅膀根部集成到了單個部件之中，經(jīng)過精確的折疊之后，一體化部件可以從平面狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰娜S結(jié)構(gòu)，并獲得最終的一體化電磁驅(qū)動仿昆蟲FMAV，該樣機質(zhì)量80mg，成功實現(xiàn)了克服重力起飛。

2.5 其他驅(qū)動方式仿昆蟲FMAV

圖22 上海大學研制的仿昆蟲FMAVFig.22 Insect-inspired FMAV developed by Shanghai Jiao Tong University

圖23 上海交通大學研制的一體化成型仿昆蟲FMAV［53］Fig.23 The monolithically fabricated insect-scale self-lifting flapping-wing robot developed by Shanghai Jiao Tong University［53］

除了以上四種主流驅(qū)動方式外，科研人員還嘗試了一些別的驅(qū)動方式。比如化學肌肉驅(qū)動（RCM）、電致伸縮聚合物驅(qū)動、熱驅(qū)動和形狀記憶材料驅(qū)動。例如，1997年，美國佐治亞理工的Michelson等人［54］使用化學肌肉研制了一款撲翼飛行器Entomopter，這款飛行器將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為機械能，為翅膀拍打提供動力，如圖24（a）所示。2000年，美國斯坦福國際研究院和丹麥聚合物研究中心［55］研制了一種由電致伸縮聚合物驅(qū)動的仿生FMAV，如圖24（b）所示，該飛行器利用共振原理儲存能量，提高能量轉(zhuǎn)化效率。2004年，香港中文大學和沈陽自動化研究所合作［56］，研發(fā)了一種毫米尺度的仿昆蟲FMAV，如圖24（c）所示，飛行器采用熱驅(qū)動器作為動力裝置，在溫度交替變化情況下，熱驅(qū)動器變形帶動翅膀進行拍打運動。最終制作的樣機實現(xiàn)了60～177Hz的拍打運動，但是不能產(chǎn)生足夠的升力實現(xiàn)起飛。2012年，卡內(nèi)基梅隆大學的Hines等人［57］將形狀記憶材料（SMP）應用于FMAV中，用來主動控制翅膀的扭轉(zhuǎn)運動，進而實現(xiàn)飛行器的升力調(diào)控，如圖24（d）所示。

圖24 其他驅(qū)動方式仿昆蟲FMAVFig.24 Other driven methods of insect-imitated FMAV

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 驅(qū)動方式

在仿昆蟲FMAV的研究歷程中，研究人員最先嘗試的是靜電驅(qū)動方式，雖然這種驅(qū)動方式的能量轉(zhuǎn)化效率很高，擁有很快的響應速度，但是產(chǎn)生的驅(qū)動位移和驅(qū)動力往往較小，很難實現(xiàn)翅膀的大幅度運動，而且靜電驅(qū)動往往需要很高的電壓。因此，在后來的研究中很少有人再使用靜電驅(qū)動方式。壓電驅(qū)動方式響應速度快，驅(qū)動位移和驅(qū)動力較大，能量轉(zhuǎn)化效率高，結(jié)構(gòu)簡單。哈佛大學利用壓電驅(qū)動原理實現(xiàn)了昆蟲尺度FMAV第一次克服重力起飛，更證明了壓電驅(qū)動方式在昆蟲尺度是一種非常優(yōu)秀的驅(qū)動方式。但是，壓電驅(qū)動也有自身的缺陷，比如壓電驅(qū)動需要很高的驅(qū)動電壓。雖然哈佛大學在電壓轉(zhuǎn)化電路上有了很大的突破［58］，但是離最終實現(xiàn)昆蟲機器人機載電源和傳感器并可控飛行，還有一段很長的路要走。傳統(tǒng)電機驅(qū)動技術(shù)非常成熟，因此很容易被應用到仿昆蟲FMAV的研究中。事實上，電機驅(qū)動的仿昆蟲FMAV體積和質(zhì)量都比較大，擁有更大的負載能力，科研人員因此也有了更大的發(fā)揮空間，比如集成多種傳感器、機載電源等。最終的研究成果進一步證明了電機驅(qū)動方式在仿昆蟲FMAV取得的巨大成功。但是，傳統(tǒng)電機驅(qū)動的仿昆蟲FMAV由于其尺度和質(zhì)量的問題，很難做到真正意義上的“仿昆蟲”和“昆蟲尺度”。因此，近十年來，一些科研機構(gòu)開始嘗試設(shè)計縮小版的電機——電磁驅(qū)動器，他們利用電磁原理，將傳統(tǒng)的電機進行了縮小和簡化，研制了一些適用于昆蟲尺度FMAV的電磁驅(qū)動器。

其他驅(qū)動方式也各有優(yōu)缺點?；瘜W肌肉驅(qū)動方式的能量轉(zhuǎn)化效率較高，但是燃料的儲存難度很大，機身輔助結(jié)構(gòu)較復雜，導致整機較重，給飛行帶來了很大的困難。介電彈性體產(chǎn)生的變形位移很大，驅(qū)動力較大，響應速度也較快，能量轉(zhuǎn)化效率很高（60%～90%），但是需要的驅(qū)動電壓非常高，往往需要幾千伏甚至上萬伏。熱驅(qū)動方式雖然產(chǎn)生的驅(qū)動位移和驅(qū)動力都很大，但是能量轉(zhuǎn)化效率低，響應速度慢，很難實現(xiàn)翅膀的高頻高幅拍打。形狀記憶合金與熱驅(qū)動的性能大相徑庭，主要問題就是響應速度慢。

3.2 胸腔結(jié)構(gòu)

在仿昆蟲FMAV胸腔結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，研究人員嘗試了不同的傳動機構(gòu)。眾所周知，昆蟲翅膀的拍打運動是大幅度往復式的，而針對不同驅(qū)動方式的仿昆蟲FMAV，其傳動機構(gòu)的設(shè)計也是不同的。在大尺度下（一般指電機驅(qū)動仿昆蟲FMAV），傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的傳遞效率較高，加工可行性很高，目前比較成功的傳動機構(gòu)大致總結(jié)有以下三種：

（1）剛性連桿機構(gòu)，將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為翅膀的往復式拍打運動，例如DelFly系列樣機；

（2）繩傳動機構(gòu)，繩傳動使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單和緊湊，這也是納米蜂鳥機器人取得成功的關(guān)鍵因素之一；

（3）齒輪減速箱，直接通過控制信號實現(xiàn)“電機+齒輪減速箱”的往復運動，例如卡內(nèi)基梅隆大學研制的電機直驅(qū)仿昆蟲FMAV（電機內(nèi)置齒輪減速箱）和普渡大學研制的電機驅(qū)動仿昆蟲FMAV（電機帶動外置齒輪減速箱）。

隨著尺度的縮小，表面力的影響相對于體積力會變得更加顯著，傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)中的“軸”和“齒輪”等傳動方式效率低，加工難度大。研究人員在小尺度下（一般使用壓電驅(qū)動和電磁驅(qū)動）對傳動機構(gòu)進行了大量的探索和嘗試。目前比較成功的主要有以下兩種：

（1）基于柔性鉸鏈的連桿機構(gòu)（包括平面連桿機構(gòu)和空間連桿機構(gòu)），體積小、質(zhì)量輕、易加工、傳動效率高，在小尺度下展現(xiàn)了很大的優(yōu)勢。哈佛大學在昆蟲尺度仿生FMAV的研究中使用了這類機構(gòu)，并取得了巨大的成功。上海交通大學通過對柔性鉸鏈機構(gòu)進行優(yōu)化研究，實現(xiàn)所設(shè)計的傳動機構(gòu)串聯(lián)剛度達到并聯(lián)剛度的135倍，滿足了高效傳動的需求［59］；

（2）直驅(qū)方式，比如普渡大學研制的電磁驅(qū)動仿昆蟲FMAV，采用了一種新穎的電磁驅(qū)動器，不需要額外的傳動機構(gòu)，可以直接驅(qū)動翅膀?qū)崿F(xiàn)往復拍打運動，最終也成功實現(xiàn)了克服重力起飛。

3.3 制造方法

針對不同的仿昆蟲FMAV，零部件的加工方法也是不一樣的。較大尺度下，通常采用傳統(tǒng)機械加工方法和3D打印等。例如美國康奈爾大學研制的紙翼仿昆蟲FMAV，整個飛行器使用3D打印技術(shù)得到碳素纖維框架。3D打印技術(shù)在仿昆蟲FMAV中的應用目前多限于打印飛行器的構(gòu)型結(jié)構(gòu)部件，打印以塑料材質(zhì)為主，成本低廉，加工效率高效，得到的構(gòu)件由于質(zhì)量輕，在各類微型飛行器中得到了越來越廣泛的應用。小尺度下，日本東京大學和法國里爾大學等研究機構(gòu)采用MEMS技術(shù)去加工仿昆蟲FMAV的零部件，盡管得到的實物樣機都沒能實現(xiàn)克服重力起飛，但提出的微型化制造方法和柔性鉸鏈的設(shè)計思想對后來的研究產(chǎn)生了很深遠的影響。加州大學伯克利分校和哈佛大學提出了SCM工藝，采用了多層疊合方法融合剛性結(jié)構(gòu)材料和柔性薄膜材料，構(gòu)建了以柔性鉸鏈代替?zhèn)鹘y(tǒng)剛性鉸鏈的方法，配合高精度冷加工激光器（納秒、皮秒甚至飛秒），實現(xiàn)了壓電驅(qū)動器、連桿機構(gòu)、機身和翅膀的制造。

3.4 共振機制

仿昆蟲FMAV尺度微小，對功率的要求很高。為了降低FMAV工作的能耗，提高系統(tǒng)的效率，很多研究人員在仿昆蟲FMAV的設(shè)計中引入了共振機制。壓電驅(qū)動器自身就是一個質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，配合柔性鉸鏈和翅膀，可以組成系統(tǒng)級的共振機制，實現(xiàn)低功耗的要求，哈佛大學研制的仿昆蟲FMAV采用了這種方式，將功耗降低到20mW以下。法國里爾大學將傳動機構(gòu)設(shè)計成柔性的超靜定梁，使得FMAV在合適的拍打頻率下可以實現(xiàn)系統(tǒng)共振?？▋?nèi)基梅隆和普渡大學設(shè)計的電機驅(qū)動仿昆蟲FMAV在翅膀拍打軸上引入了彈簧，能實現(xiàn)能量的儲存和系統(tǒng)共振。普渡大學設(shè)計的電磁驅(qū)動器，引入了“電磁彈簧”，也起到了儲存能量和系統(tǒng)共振的作用?？傊?，在仿昆蟲FMAV的設(shè)計中引入共振機制，雖然在一定程度上可能增加系統(tǒng)的質(zhì)量，但是可以讓FMAV在有限的功率下實現(xiàn)更快速的翅膀運動，從而大幅度提高FMAV產(chǎn)生升力的能力。

3.5 控制方案

為了實現(xiàn)仿昆蟲FMAV在空中自由飛行，研究人員提出了不同的控制方案。目前，絕大部分仿昆蟲FMAV采用兩種主流的拍翅方式：帶尾翼（或副翼）的拍翅方式和不帶尾翼的拍翅方式。帶尾翼（或副翼）的拍翅方式采用“clap and fling”機制產(chǎn)生升力，并依靠尾翼（或副翼）來調(diào)整飛行的方向，例如DelFly系列樣機，采用兩對翅膀結(jié)合尾翼控制的控制方式，實現(xiàn)機載攝像頭自主飛行。基于這種拍翅方式的仿昆蟲FMAV自由度較少，一般只能實現(xiàn)俯仰、前飛和轉(zhuǎn)彎等，飛行控制也相對簡單。蜂鳥和絕大部分雙翅目昆蟲使用的是不帶尾翼的拍翅方式，可以實現(xiàn)六自由度的位置和姿態(tài)調(diào)節(jié)，并能實現(xiàn)懸飛。這種拍翅方式在大攻角下工作，產(chǎn)生升力的機制比較復雜，主要包括延遲失速機制、轉(zhuǎn)動環(huán)量機制、尾跡捕獲機制和虛質(zhì)量效應等［3］。研究人員基于這種拍翅方式進行了多種仿昆蟲FMAV的設(shè)計，按照攻角的控制分類可以分為三種形式：主動控制、被動控制和半被動控制。在主動控制方面，加州大學伯克利分校進行了大量嘗試，最終由于整體結(jié)構(gòu)過于復雜，其研制的仿昆蟲FMAV并沒有實現(xiàn)起飛。即使到目前，基于主動控制攻角的仿昆蟲FMAV由于結(jié)構(gòu)的復雜性依然很難實現(xiàn)起飛。隨著研究人員對昆蟲飛行機理的進一步研究，昆蟲飛行的被動扭轉(zhuǎn)機制被提出，并成功應用于哈佛大學HMF的樣機研制中，最終樣機實現(xiàn)了成功起飛。隨后，基于被動控制原理，研究人員提出了“劈裂控制”的概念，通過分別控制左右翅膀的復雜運動，實現(xiàn)了仿昆蟲FMAV的六自由度可控飛行。在半主動控制方面，目前主流方案是通過控制翅膀的尾緣進而實現(xiàn)對攻角的調(diào)節(jié)，具體地：納米蜂鳥機器人依靠繩傳動和定位裝置控制攻角大小，實現(xiàn)了六自由度的可控飛行；韓國建業(yè)大學的KUBeetle撲翼飛行器［60］與布魯塞爾自由大學的Colibri撲翼飛行器采用無尾雙翅的結(jié)構(gòu)形式，通過舵機控制翅膀尾緣的位置變化來改變翅膀拍打過程中攻角的大小，從而產(chǎn)生控制飛行器姿態(tài)的控制力矩，成功實現(xiàn)懸飛；此外，代爾夫特大學最新成果Delfly Nimble采用無尾雙翅的結(jié)構(gòu)形式，利用舵機控制尾緣調(diào)節(jié)攻角，產(chǎn)生俯仰和翻滾的力矩，同時利用兩者力矩的耦合產(chǎn)生偏航力矩，在轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)彎的運動中展現(xiàn)出和自然界果蠅相當?shù)臋C動性能。

3.6 機載設(shè)備

對仿昆蟲FMAV的研制，往往希望FMAV在擁有飛行能力的同時具備一定的攜帶負載的能力。大尺度下，使用傳統(tǒng)電機驅(qū)動，系統(tǒng)質(zhì)量較大，承載負荷的能力也較大。納米蜂鳥機器人實現(xiàn)了機載電源設(shè)備、慣性傳感器、通訊設(shè)備以及微型攝像頭；DelFly Explorer飛行器實現(xiàn)了機載電源、發(fā)射器、接收器和多種傳感器（比如氣壓計和自動駕駛儀等），并成功攜帶了質(zhì)量4g的立體視覺系統(tǒng)。但是，隨著昆蟲尺度的進一步縮小，仿昆蟲FMAV負載能力的降低，對機載設(shè)備提出了更高的要求。目前，研究人員已經(jīng)開始進行微型傳感器、微型電子電路設(shè)備和微型電源的研制，也取得了一定的成效?；贖MF，哈佛大學實現(xiàn)了機載光學傳感器、紅外傳感器、簡單的視覺傳感器、微型陀螺儀和靜電吸附裝置飛行（每次只能機載單一設(shè)備）。在不久的將來，隨著微型傳感器、微型電子電路設(shè)備和微型電源的進一步發(fā)展，仿昆蟲FMAV的研究也將取得更大的突破。

4 結(jié)束語

在過去的二十年，世界范圍內(nèi)在仿昆蟲撲翼微飛行器領(lǐng)域取得了廣泛而豐富的研究成果，在驅(qū)動技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、自主高機動飛行控制以及實際應用等方面還有大量的創(chuàng)新空間。此外，由于仿昆蟲撲翼微飛行器大都尺寸微小，受制于現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)水平，目前市場上可用的電池、慣性傳感器、控制器以及導航設(shè)備等在尺寸和質(zhì)量上都很難滿足仿昆蟲撲翼微飛行器的機載需求。因此，為了將來實現(xiàn)仿昆蟲撲翼微飛行器真正意義上的自主可控脫線飛行，先進材料、微型能源、微型慣性測量單元、微型導航與飛控單元以及微型無線傳輸單元等的發(fā)展對于進一步的研究將會起到至關(guān)重要的作用。