國防科大6年攻關：55毫克機械飛蟲懸停15秒降本60%

尺寸、重量和蜜蜂接近，能在空中穩定懸停不墜落；小到可以鉆進廢墟的縫隙，被撞翻還能翻個跟頭重新起飛。這不是科幻電影里的場景，而是國防科技大學科研團隊研制出的三代昆蟲級微飛行器“機械小飛蟲”。

飛行器制作場景。

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把“小眾課題”做成核心研究

昆蟲級撲翼微型飛行器只有毫米尺度、毫克重量，卻能像昆蟲一樣高速起飛、靈活變向，被視作未來空天智能裝備、應急救援、生態探測領域的顛覆性平臺。但這東西太難做了。

在國際上，昆蟲級撲翼微型飛行器研制一直被3個核心難題困住，成了業內公認的“硬骨頭”。

其一是傳動復雜。傳統壓電驅動的微型飛行器必須依靠復雜的連桿傳動機構放大位移，那些微米級零件組裝難度極大，比繡花還難，成本居高不下。其二是飛行失穩。無控狀態下，飛行器極易側翻、傾倒，穩定懸停時間不足兩秒，剛飛起來就會一頭栽倒，幾乎不具備實用價值。其三是尺度固定。所有飛行器都是固定尺寸，想要適配不同場景，必須重新設計、加工、組裝，研發周期長、造價高昂。

此前，美國哈佛大學微機器人實驗室、日本豐田中央研究所等國際團隊已在該領域深耕十余年，占領了技術高地，國內鮮有團隊發起挑戰。

“越是難走的路，我們偏要試試。”2019年，國防科技大學微納機器人團隊負責人肖定邦瞄準國內研究空白，毅然決定攻克昆蟲級撲翼微型飛行器。從初步概念驗證到系統深耕細作，團隊用6年時間把一個“小眾課題”做成了核心研究。

沒有現成的理論參考，沒有成熟的加工方案，團隊成員只能從零開始，搭建壓電驅動理論模型、設計仿生機翼結構、調試高壓驅動信號、優化微米級裝配工藝，光是機翼原理就迭代了三十余版，壓電驅動器的材料測試做了近百組。

“實驗室的燈光從傍晚亮到凌晨，高速攝像機的畫面里滿是機翼抖動的軌跡，激光切割的細微廢料堆滿了實驗臺。”吳學忠說，團隊成員在毫米級的世界里一點點打磨著屬于中國的“小飛蟲”。

一開始，團隊好不容易讓“小飛蟲”離地，可它要么歪歪扭扭，要么剛起飛就翻倒。直到有一天，受不倒翁玩具啟發，團隊突發奇想，能不能讓微型飛行器像不倒翁一樣自動扶正？這個靈感成了后續系列突破的起點。

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飛起來、穩得住、可大可小

靈感有了，實現起來談何容易。

第一關是“飛起來”。團隊首創“壓電直驅技術”，直接用壓電陶瓷驅動翅膀撲動，徹底扔掉傳動機構。結構簡化90%，成本降低60%，造出的原型機僅160毫克、約兩粒芝麻重，起飛速度卻達到每秒1米，成為全球起飛最快的毫克級飛行器之一。

第二關是“穩得住”。受不倒翁玩具啟發，團隊在飛行器頂部加裝了一個圓柱形氣動阻尼器。這個小裝置利用空氣阻力，能在飛行器傾斜時自動產生扶正力矩。最終，飛行器在完全無控情況下能穩定懸停超過15秒，達到國際領先水平。就算被人拍歪或被風吹倒，它也能在1秒內翻正、重新起飛。

第三關是“可大可小”。團隊攻克可變翼展技術，造出了一系列不同大小的“小飛蟲”，其中最輕的僅55毫克、翼展28毫米，是目前全球最小、最輕的同類飛行器。

“在毫厘之間攻堅，每一步都容不得半點松懈。”這是團隊成員最深的體會。為了攻克微米級結構難題，團隊成員常年扎根實驗室——高速運動捕捉系統晝夜不停，要記錄每一次撲翼的軌跡，就得24小時值守；壓電驅動參數調試一輪接著一輪，往往十幾個小時連軸轉。

“選方向時可以有松弛感，但定了目標，就一刻也不能放松。”吳宇列常說的這句話成了大家的科研信條。團隊沒有追求短平快的成果，而是沉下心深耕細作，把每一個技術細節做到極致。

基于系列研究成果，團隊成功研制三代昆蟲級微飛行器。目前，該飛行器已完成室內無控飛行、抗干擾、姿態恢復等多項測試，性能穩定可靠。

未來，團隊將為飛行器搭載微型傳感器、微型能源模塊，向狹小空間搜救、災后勘察、精密環境監測、生態授粉等實際應用場景邁進。在地震后的廢墟縫隙里，一群蜜蜂大小的飛行器鉆入深處，傳回被困人員的位置；在化工廠泄漏的密閉管道中，它們悄無聲息地完成環境監測；在精密溫室里，它們代替蜜蜂完成授粉……不久的將來，這些場景將成為現實。

這支團隊在毫米級的微小尺度里闖出了一片廣闊的天地。“機械小飛蟲”正鉚足勁兒扇動翅膀，飛向更大舞臺。

仿蜜蜂FWMAV原型樣機。