路 翔，席 翔，吳宇列，吳學忠，肖定邦

（國防科技大學智能科學學院，長沙 430074）

1 引 言

21 世紀以來，隨著計算機集成技術、材料科學、空氣動力學、微納制造與人工智能技術的不斷進步，對機器人的研究正朝著微型化和智能化的方向發(fā)展［1-2］。以美國為首的西方國家在軍方項目的支撐下已開展了二十多年的微納機器人研究，并積極推動微納機器人在未來無人戰(zhàn)場的作戰(zhàn)應用論證。1997 年，美國國防部預先研究計劃局（DARPA）發(fā)布了微型飛行器（Micro Air Vehicle，MAV）［3-4］項目，發(fā)展最大線性尺寸為15 cm 或以下，運動半徑為10 km，峰值速度超過13 m/s，運行時間超過20 min 的微米級別機器人。2005 年，DARPA 宣布了“納米飛行器”項目，該項目要求10 g 以下的飛行器，最大尺寸為7.5 cm，能夠飛行1 km以上。2018年，DARPA啟動“短程獨立微型機器人平臺”（SHRIMP）［5］項目，研發(fā)微米-毫米尺寸、質量為數克、不系繩的微型機器人，用于隱蔽偵察、災后搜救、基礎設施檢查、火星表面探索等任務，以此來推動顛覆性技術的發(fā)展，為美軍搶占未來無人作戰(zhàn)“制高點”提供技術儲備。

傳統(tǒng)界定上，微納機器人指的是尺度在微納米級別（幾納米至幾百微米）的微型機器人，本文對微納機器人的界定主要根據機器人的特征尺寸：特征尺寸在納米量級，整體尺寸在納米/微米量級的機器人界定為納機器人；特征尺寸在微米量級，整體尺寸在微米/厘米量級的機器人界定為微機器人，因此微機器人包含了傳統(tǒng)界定上的微米尺度的機器人和厘米尺度的微型機器人。

微飛行器是微納機器人中具有廣闊應用前景的一類，目前廣泛研究的有固定翼［6］、旋翼［7］、撲翼［8］三種運動形式的飛行器，在宏觀的軍民通用航空領域，固定翼飛行器和旋翼飛行器性能優(yōu)越，應用廣泛，但隨著飛行器整體尺寸的縮小，在低雷諾數的條件下將難以產生足夠升力并保持穩(wěn)定，而撲翼飛行方式［9-10］在微小尺度下可以產生足夠的升力，擁有更多的優(yōu)勢，因此微型撲翼飛行器成為微飛行器領域研究的熱點。

當前，以哈佛大學、華盛頓大學、上海交通大學、國防科技大學等為代表的國內外高校已研制出多種微納機器人樣機［11-14］，受尺度、能量與載荷等條件制約，研究水平總體處于實驗室階段，其中，微飛行器由于運動靈活、易滲透、越障能力強等優(yōu)點，成為眾多機構研究的熱點。本文主要對微納撲翼飛行器的結構設計、加工工藝以及能源驅動的發(fā)展態(tài)勢進行綜述。首先介紹了微納撲翼飛行器的概念和氣動力學分析；其次討論了微納撲翼飛行器不同的傳動結構、加工工藝以及能源驅動方式的機理特點；再次對微納撲翼飛行器的應用潛力和發(fā)展態(tài)勢挑戰(zhàn)進行了概括；最后對微納撲翼飛行器在未來需重點研究的方向給出建議。

2 微納撲翼飛行器的氣動力學分析

2.1 雙翅目昆蟲飛行機理的研究

昆蟲一般具有體形微小、運動靈活、感知能力靈敏的特點，還能實時監(jiān)測周圍環(huán)境，進行精準定位，并在復雜的氣流環(huán)境中始終保持穩(wěn)定運動。雙翅目昆蟲是撲翼飛行類昆蟲的典型，如圖1所示，雙翅目昆蟲蚜蠅在飛行時的運動主要由兩部分組成：扭轉運動和拍打運動，升力是在兩種運動的共同作用下產生的。

拍打運動時翅膀繞著拍打軸線旋轉，拍打軸線與扭轉軸線垂直并且通過翅根，采用“上沖程”和“下沖程”來描述翅膀的上下拍打運動［15］，在飛行的過程中，蚜蠅通過胸腔的快速收縮使翅膀產生拍打運動。扭轉運動時翅膀繞著扭轉軸線擺動，扭轉軸線沿翼展方向和翅前緣相關聯；扭轉運動主要由向外扭轉和向內扭轉組成，蚜蠅翅膀的扭轉運動完全可以依靠氣動力和慣性力的作用共同產生，而無需額外的肌肉去提供能量，在扭轉運動中，飛行肌肉主要起到控制扭轉角度的作用［16］。

微型撲翼飛行昆蟲的飛行運動是一種低雷諾數下的飛行狀態(tài)，采用穩(wěn)態(tài)空氣動力學的原理無法解釋，需用非定?？諝鈩恿W原理來解釋撲翼飛行時產生高升力的機制，當前主要有打開-合攏機制（Clap-Fling）［17］、延時失速機制（Delayed Stall）［18］以及尾跡俘獲機制（Wake Capture）［19］三種機制。

（1）打開-合攏機制

1973 年，Sane S P［17］在研究大黃蜂翅膀運動規(guī)律的基礎上提出了“打開-合攏”機制。該機制指出在撲翼飛行時，昆蟲的翅膀拍打至上沖程極限處并保持兩翅膀平面互相平行，然后從上沖程至下沖程過程中繞翅膀的后緣迅速地打開，打開到一定的角度后，兩個翅面徹底分開作平動，因為翅膀打開迅速，導致翅膀周圍的氣流無法繞過翅膀前緣來到翼面上方，在翼面上會形成一個提供升力的負壓區(qū)，如圖2 所示，且形成時的升力大小主要取決于翅膀打開的角速度和角加速度。

（2）延時失速機制和前緣渦

1996 年，Ellington 等［18］通過煙霧來可視化真實氣場流動，對鷹蛾撲翼動作進行觀察，發(fā)現在快速平動的過程中翅膀上方會形成一個低氣壓區(qū)，且隨著翅膀扭轉角的增加，流過翅膀的氣流漩渦在穿過前緣時分離，但在到達后緣前重新附著。由于流體重新附著，流體繼續(xù)從后緣平穩(wěn)流動，這種狀態(tài)循環(huán)維持。在這種情況下，因為翅膀在較大的偏轉角下變換，賦予流體更大的向下動量，從而大大提高升力。圖3 為二維線性平移與三維撲動平移的比較，翅膀在平動過程中，渦旋沿著前緣和后緣交替脫落。當翅膀撲動時，前緣渦的大小趨于穩(wěn)定，后緣沒有產生額外的渦量，翅膀傳遞給流體的凈向下動量會產生下洗流，導致穩(wěn)定旋轉翅膀上凈空氣動力的恒定值略微降低。研究表明，前緣渦是昆蟲翅膀產生的氣流及其產生的力的重要特征。

圖3 二維線性平移與三維撲動平移的比較Fig.3 Comparison of linear translation in 2D and flapping translation in 3D

（3）尾跡俘獲機制和翻轉效應

Dickinson 等［19］研究還發(fā)現在翅膀拍動的過程中，會交替產生一組升力峰值，如圖4 所示。兩個峰值產生的原因有差異，第一個峰值是拍動翅膀時擾動的空氣在尾部形成氣流被俘獲引起的，稱為“尾跡俘獲”，第二個升力峰值是由于翅膀快速扭轉拍打而產生的，稱為“翻轉效應”。

圖4 翅膀拍動過程交替產生的升力峰值Fig.4 The lift peak produced by the wing beat process alternately

2.2 撲翼飛行的空氣動力學

翅膀是決定撲翼飛行性能的關鍵因素，翅膀的形貌結構、質量分布以及面積大小等對飛行性能起著至關重要的作用。為方便定量分析翅膀對飛行性能的影響規(guī)律，需建立翅膀結構的參數化模型，真實的昆蟲翅膀是復雜的三維結構，但其總厚度通常只有數十微米［20］，因此通常忽略其垂直翅膀平面的厚度，只考慮其翅面的幾何形狀和質量分布，如圖5所示。

圖5 雙翅目昆蟲翅膀平面輪廓和幾何參數Fig.5 Plane profile and geometric parameters of the wings of diptera insects

使用等效的單自由度集總參數線性模型［21］對微納撲翼飛行器的驅動器-傳動-翅膀系統(tǒng)進行建模，如圖6 所示，來描述驅動器、傳動機構和翅膀的特性，該模型的特征為有效質量、剛度和阻尼系數。假設空氣動力與局部動壓成正比，弦向微元條繞翅膀繞拍動軸線的瞬時速度為(t)x，在每個微元條上產生的力（升力或阻力）為［22］

圖6 等效的單自由度集總參數線性模型Fig.6 Equivalent single degree of freedom lumped parameter linear model

式中，ρ是空氣密度，CF是力系數（扭轉角φ的函數）。

由于昆蟲翼流的不規(guī)則和高度三維特性［23］，假設由誘導流引起的φ的局部變化忽略不計，通過積分可得瞬時的升力和阻力為

式中，為翅膀的二階面積矩回轉半徑的無量綱的參數，在Whitney 等［24］的實驗中驗證了升力系數和阻力系數與翅膀扭轉角度φ存在關系

3 微納撲翼飛行器的關鍵技術

3.1 結構設計

撲翼飛行器主要通過仿生和宏觀機械結構微型化的方式進行結構設計，在設計中主要模仿對象是撲翼飛行的鳥類和昆蟲，在傳動機構方面主要以連桿結構［25-26］、齒輪系［27-29］以及繩傳動［30］為主，如表1所示。

表1 微型撲翼飛行器的傳動結構Table 1 Transmission structure of micro flapping wing vehicle

2015 年，韓國建業(yè)大學的 Park 等通過對甲殼蟲的運動進行研究仿照［25］，研制出一款微型撲翼飛行器，如圖7（a）所示，利用曲柄滑塊機構作為撲翼飛行器的傳動機構，將驅動機構的旋轉運動放大輸出為翅膀的拍打運動。2016 年，哈佛大學微型機器人實驗室模仿鳥類飛行成功研制出一款質量為3.2 g 的無線撲翼微飛行器［26］，如圖7（b）所示。機器人采用一對鏡像對稱曲柄滑塊和附加連桿組成的Sarrus連桿作為傳動機構，該款飛行器既能主動撲翼飛行又能被動滑翔飛行。

圖7 連桿滑塊機構傳動的微型撲翼飛行器Fig.7 Vector diameter variation diagram

普渡大學［27-28］于2016 年成功研制出仿蜂鳥微型撲翼機器人，如圖8（a）所示，該機器人采用高效減速齒輪系傳動，質量約12 g，可實現無線起飛。國內西北工業(yè)大學研制的一款仿生撲翼飛行器［29］，如圖8（b）所示，該仿生飛行器采用齒輪系統(tǒng)作為傳動機構，全機質量為15 g，翼展20 cm，實現成功飛行8～18 s。

圖8 齒輪系傳動的微型撲翼飛行器Fig.8 Miniature ornithopter driven by gear train

2011年，美國航空環(huán)境公司［30］研制出仿蜂鳥機器人Nano Hummingbird，如圖9所示，該機器人采用齒輪與繩傳動相結合的方式，質量為19 g，翼展16.5 cm，撲翼頻率30 Hz，可無線遙控飛行約4 min。

圖9 繩傳動的仿蜂鳥撲翼飛行器Fig.9 A rope-driven hummingbird imitation flapping wing vehicle

3.2 加工工藝

微型撲翼飛行器的加工工藝主要有激光切割與微裝配［31］、智能復合微結構工藝（Smart Composite Microstructure， SCM） 與 pop-up 工藝［32-35］、MEMS技術［36-38］等，如表2所示。

表2 微型撲翼飛行器的加工工藝Table 2 Processing technology of micro flapping wing vehicle

激光切割與微裝配工藝是制造微型機器人比較常用且經典的手段。2011 年，卡耐基梅隆大學的 Hines 等［31］通過仿生研制出一款微型撲翼飛行器，如圖10 所示，該飛行器采用激光切割分別加工出翅膀和機身等結構，最后再進行微裝配實現樣機成型，樣機質量約705 mg，未成功實現起飛。

圖10 卡耐基梅隆大學研制的樣機Fig.10 A prototype developed at Carnegie Mellon University

加利福尼亞大學伯克利分校從1998 年開始采用SCM 加工工藝研制微型撲翼飛行器MFI［32-33］，如圖11（a）所示。但受微細加工技術與飛行原理的限制，MFI 未實現穩(wěn)定飛行。2012 年哈佛大學基于SCM 工藝提出了一種整體制造撲翼飛行器的pop-up 工藝［34-35］，采用該工藝制得了一款質量為90 mg的微型撲翼飛行器，如圖11（b）所示。

圖11 采用SCM工藝研制的撲翼飛行器Fig.11 An ornithopter developed by SCM technology

法國的里爾大學研發(fā)了一款微型撲翼飛行器［36］，如圖12（a）所示，該飛行器的翅膀和機身是基于MEMS工藝，采用SU-8光刻膠制造獲得的，翼展3.5 cm，質量為22 mg，實現60°的撲翼角度。國內上海交通大學基于MEMS技術，采用SU-8光刻膠制作了一款撲翼飛行器［37-38］，如圖12（b）所示。

圖12 采用MEMS技術研制的撲翼飛行器Fig.12 An ornithopter developed by MEMS technology

3.3 能源驅動

在微型撲翼飛行器的驅動方面，主要以電機驅動［39-43］、電磁驅動［44-47］和壓電驅動［48-56］為主，近些年一些機構還提出了一些新型驅動方式，如混合驅動［57］、介電彈性體驅動［58-59］等，如表3所示。

表3 微型撲翼飛行器的驅動方式Table 3 The driving mode of micro flapping wing vehicle

加州理工學院于1998 年開始研制微型撲翼飛行器MicroBat［39-40］，研制的樣機如圖13（a）所示，采用質量約3 g 可充電鎳鎘電池供電，利用微型電機驅動，實現最佳無線飛行時間42 s。代爾夫特大學于2005 年開始研制DelFly 系列撲翼飛行器［41-43］，如圖13（b）所示，采用微型無刷電機驅動，微型鋰電池供電。

圖13 電機驅動的微型撲翼飛行器Fig.13 Motor driven micro flapping wing vehicle

2013 年美國普渡大學生物機器人實驗室開始研制一種用于高頻撲翼的電磁驅動器［44］，如圖14（a）所示，并于2015 年采用電磁驅動器研制出一款質量為2.6 g的撲翼飛行器［45］，并實現樣機的成功起飛。國內上海交通大學研究團隊于2016 年研制出一款電磁驅動撲翼機器人［46-47］，如圖14（b）所示。該機器人的質量為80 mg，翼展為 35 mm，采用電磁驅動控制，是當時公開報道的最小的電磁驅動撲翼機器人。

圖14 電磁驅動的微型撲翼飛行器Fig.14 Electromagnetic driven micro flapping wing vehicle

哈佛大學Wood 團隊于2007 年研制出世界上首款成功起飛的壓電驅動微型撲翼飛行器HMF［48-49］，采用PZT-5 系列壓電片作驅動器，質量為60 mg，翼展30 mm；該團隊通過對HMF 的改進，研制了運動解耦式撲翼飛行器Robobee［50-53］，質量為80 mg，翼展30 mm，可多自由度運動，并采用太陽能供電［54］，于2019年實現脫線起飛，如圖15（a）所示。2018年，華盛頓大學的Yogesh 等研制了一款壓電驅動微型撲翼飛行器RoboFly［55］，該款機器人采用橫向布置驅動機構，如圖15（b）所示，并通過使用激光器遠程供電［56］實現了無線起飛。

圖15 壓電驅動的微型撲翼飛行器Fig.15 Piezoelectric driven micro flapping wing vehicle

哈佛大學的陳宇峰［57］在Robobee 的基礎上改進，給飛行器添加了集氣室、四個平衡梁、浮力支腿以及相關電化學設備，如圖16（a）所示，該款飛行器采用壓電、浮力和爆破力的混合驅動方式，可實現水中浮游、沖出水面和繼續(xù)飛行三種功能。2019 年，該團隊還采用介電彈性體執(zhí)行器（DEA）［58］驅動，研制了一款魯棒性較好的微型撲翼飛行器［59］，如圖16（b）所示。2021 年豐田中央研究所報道了一種新型無線射頻電源［60］，可用于驅動昆蟲仿真撲翼飛行器。其功率質量比密度為4900 W/kg，比等質量的鋰聚合物電池高出5倍，并利用該系統(tǒng)，演示了1.8 g 飛行器的無線起飛，如圖16（c）所示。2022年，布里斯托大學開發(fā)了一種液體放大拉鏈執(zhí)行器（LAZA）驅動的微飛行器［61］，如圖16（d）所示，飛行器機翼帶有負電荷，機翼周圍有電介質液體，正電荷交替轉移到機翼兩側的壁上，使機翼擺動，翼展50 mm，飛行器最大速度 18 個身長每秒，功耗243 mW。

圖16 其他驅動方式的撲翼飛行器Fig.16 Ornithopter vehicle with other modes of drive

3.4 系統(tǒng)級能力

微納撲翼飛行器作為一個完整的機器人系統(tǒng)，其攜帶載荷的能力和續(xù)航時間是其未來投入應用的重要技術指標要求，當前研制的微納撲翼飛行器主要分為仿蜂鳥型和仿飛行昆蟲兩類，其中仿蜂鳥型的微納撲翼飛行器具有一定的載荷和續(xù)航能力，但其體積和質量較大，通常質量達數十克，翼展通常超過10 cm，仿飛行昆蟲類的微納撲翼飛行器體積和質量小，但其基本無負載能力和續(xù)航能力。

如美國航空環(huán)境公司研制出的Nano Hummingbird仿蜂鳥微型撲翼機器人［30］，該機器人質量為19 g，翼展16.5 cm，撲翼頻率30 Hz，可無線遙控飛行約4 min，西北工業(yè)大學的宋筆峰團隊設計的信鴿，質量約為200 g，翼展大約為50 cm，最大的飛行速度可達40 km/h，最長的續(xù)航時間為30 min，裝備了高清的攝像頭和GPS 天線以及飛行控制系統(tǒng)和衛(wèi)星通信鏈。

哈佛大學仿蜜蜂微飛行器RoboBee X-wing［54］和華盛頓大學的仿蜜蜂微飛行器RoboFly［56］均采用光能供電實現毫克級撲翼微飛行器的無纜起飛，但受能源和質量限制，此類飛行器目前的負載能力和續(xù)航能力較弱。

未來投入應用的微納撲翼飛行器通常質量為500 mg～10 g 之間，尺寸在1～10 cm 之間，這樣的尺寸范圍既保證機器人具有極高的隱蔽性，又能夠搭載一定功能載荷，如圖像探測、錄像錄音等功能，飛行高度需達3～5 m，飛行速度應與蜜蜂、蜻蜓等昆蟲相仿，同時需要具備一定續(xù)航能力，持續(xù)工作時間需達數十分鐘。目前所研制的微納撲翼飛行器在系統(tǒng)級能力上尚未達到要求。

4 微納撲翼飛行器發(fā)展挑戰(zhàn)與應用

4.1 發(fā)展態(tài)勢挑戰(zhàn)

雖然微納撲翼飛行器在設計方案、加工工藝、驅動方法、系統(tǒng)集成、感知與控制等方面取得了一系列進展，但距離實用化仍然有一定距離，主要面臨以下技術挑戰(zhàn)：

（1）微納撲翼飛行器需要全新的設計方案，當前的微納飛行器在技術路線和結構設計方案上限制了其進一步微型化和集成化，且噪聲較大，在較安靜的室內環(huán)境易暴露；

（2）微納撲翼飛行器對仿生“功構一體”智能材料與結構的需求迫切，現有微納飛行器的材料和結構通常功能有限，為了增加其功能需要疊加使用，制造組裝過程復雜，與微納飛行器苛刻的體積和質量限制產生根本矛盾；

（3）微納撲翼飛行器對智能化感知與信息處理系統(tǒng)的集成化程度提出了苛刻要求，微納飛行器既包含智能信息處理算法的軟件集成，又包含機械、能源、傳感等多個模塊的高度硬件集成，是對當前微機電系統(tǒng)制造能力與綜合集成能力的巨大挑戰(zhàn)；

（4）微納撲翼飛行器對高效率仿生能源供給與轉換裝置提出了迫切需求，微型化對能源的能量密度以及能源轉換裝置的轉換效率都有比較高的要求，現有能源存儲與轉換方法難以滿足要求；

（5）微納撲翼飛行器的自主感知與集群控制難以實現，目前絕大多數微納飛行器均只包含運動機構，其姿態(tài)測量和信息處理系統(tǒng)通常在超微機器人外部，更無法攜帶相關感知和探測載荷，主要原因是體積和功耗約束下負載能力極為有限，感知系統(tǒng)集成化程度低，要實現自主感知與集群控制非常困難。

4.2 應用潛力

相比于傳統(tǒng)無人飛行平臺，微納撲翼飛行器具有體積微小、隱蔽性強、靈活度高等顯著優(yōu)點，開展微型撲翼飛行器的技術研究，具有以下幾個方面的重大研究價值。

（1）微納撲翼飛行器具有體積小、噪聲低、運動靈活等優(yōu)異特性，將極大提升隱蔽滲透偵察能力?？梢远喾N渠道投放至敵區(qū)執(zhí)行偵察，還可以依附于敵方的車輛、人員等載體滲透進入敵方內部，實現“無孔不入，無處不在”，獲取常規(guī)手段難以得到的情報信息。

（2）微納撲翼飛行器可依托于先進微納制造工藝，實現低成本批量化的制作。單一機器人的負載能力有限，監(jiān)測和攻擊能力受限于攜帶載荷的種類和承載能力，集群化可以有效地提高微飛行器的攻擊能力。此外，集群化的微飛行器通過構建區(qū)域網，批量投放至戰(zhàn)場，可實現對戰(zhàn)場態(tài)勢的全天候監(jiān)視。

（3）跨尺度的無人平臺組合將是未來微型機器人應用的重點研究方向。微納撲翼飛行器與傳統(tǒng)無人平臺優(yōu)勢互補，促進無人裝備跨尺度融合發(fā)展，能充分發(fā)揮無人平臺在未來戰(zhàn)爭中的效力。微飛行器載荷能力與續(xù)航能力有限，適合近距離的偵察、情報獲取和定向攻擊等任務，可用于補充中小型無人平臺由于體積限制無法執(zhí)行作戰(zhàn)任務的場景，提升無人平臺綜合作戰(zhàn)能力，促進無人平臺多尺度體系能力的快速形成。

（4）在民用方面，微納撲翼飛行器的應用潛力也是十分巨大。在智能檢測方面，可廣泛運用于農、林、牧、漁以及一些工業(yè)生產的巡檢、安全保障等方面；還可用于復雜未知環(huán)境中的勘探、地圖的測繪、考古以及災后救援等。

5 微納撲翼飛行器發(fā)展建議

聚焦我國未來在智能無人系統(tǒng)領域的發(fā)展需求，結合當前微納飛行器在結構設計、加工工藝、能源驅動方法以及運動控制等方面所面臨的挑戰(zhàn)，給出了微納飛行器未來發(fā)展的研究建議。

（1）體積超微型化

微納機器人的核心優(yōu)勢就是體積小和質量輕，所以在微納飛行器未來的發(fā)展中，需要牢牢把握這一點，研發(fā)出超微型的微納飛行器，利用其極強的隱蔽性優(yōu)勢，在一些特殊環(huán)境（如戰(zhàn)場、跟蹤罪犯等）中靈活隱蔽地完成偵察、監(jiān)聽等任務。

（2）加工制造批量化與智能化

微納機器人的另一個優(yōu)勢是單個機器人的材料成本普遍遠低于大尺寸機器人，因此需要研發(fā)出針對微納飛行器的批量化制造工藝，大幅度降低微納飛行器的制造成本，同時加工過程應更加智能化，工藝流程、加工進度以及加工精度的控制應符合智能制造的要求，使智能微納飛行器能更快投入生產應用。

（3）結構功能仿生化

圍繞仿生結構“可自愈、自生長、自組織、自進化”的應用需求，構建用于提升微納飛行器系統(tǒng)仿生功能的智能化綜合平臺，使結構設計和成型更加智能化，同時使微納飛行器仿生優(yōu)勢進一步拓寬。

（4）供能驅動高效智能化

研發(fā)能量密度更高的能源，或是通過飛行器智能實時調節(jié)自身功耗來延長機器人的持續(xù)工作時間；研發(fā)更高效更智能的驅動方式來提高微納飛行器的負載、運動以及續(xù)航能力。

（5）控制智能集群化

用于宏觀環(huán)境下作業(yè)時，通常需要數個微納飛行器合作完成任務，類似于蜂群，在單個微納飛行器運動控制的基礎上，通過布置多個微納飛行器進行集群控制與協(xié)同控制，實現群體間的緊密合作；還可以通過對微納飛行器分組搭載不同的傳感器，進行信息的交流和綜合，實現協(xié)同態(tài)勢感知和信息共享，進而進行群體智能決策。

6 結束語

隨著計算機集成技術、材料科學、空氣動力學、微納制造技術與人工智能技術的不斷進步，微納撲翼飛行器的研究已經取得一定的成果，但在微納撲翼飛行器的高集成度、無線高效驅動、微型高密度能源供應、自主感知以及集群控制等方面仍有巨大的發(fā)展空間，未來微納撲翼飛行器的發(fā)展與應用呈現以下趨勢：（1）微型化，其核心是利用尺度優(yōu)勢，來提高其隱蔽性與戰(zhàn)場適應性；（2）集成化，在單個飛行器上集成多種傳感器與執(zhí)行器，使飛行器多功能化，能夠完成多種作戰(zhàn)任務；（3）智能集群化，通過控制手段，使飛行器群體能自主地、高效協(xié)同地完成作戰(zhàn)任務，合作完成單個飛行器無法完成的特殊任務（如聯合偵察、集體殺傷目標、戰(zhàn)場搜救等）；（4）能量致密化，研發(fā)能量密度更高的能源，或是通過降低飛行器的功耗來延長其持續(xù)工作的時間；（5）驅動高效化，研發(fā)更高效的驅動方式來提高微飛行器的負載和續(xù)航能力；（6）生產批量化，通過開發(fā)微加工工藝來實現飛行器的批量生產化，以降低制造成本。