在自然界中，有超过100种鸟类能够同时飞翔与游泳，比如潜鸟、海鸥、海雀和信天翁。受这些潜水鸟的启发，麻省理工学院（MIT）与瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的工程师们设计了一款水陆两栖机器人，能够在水下游泳后跃出水面继续飞行，名为“拍翼水陆飞行器”（FAAV）。
这款机器人重量不足300克，旨在帮助科学家研究潜水鸟如何在水与空气中飞行的力学。机器人设计包括一个中央机身、两只灵活的拍翼和一个可操控的尾巴，翼和尾巴的尺寸可以更换。在水箱和当地湖泊进行的实验中，工程师们识别出翼尺寸、拍打频率和尾角的组合，使机器人能够顺利地从水中游泳转变为飞行。
他们的研究成果发表在《科学》杂志上，可能帮助科学家理解潜水鸟如何适应不同物理特性的介质进行飞行。研究者们设想，这种带翼的机器人可以在海洋学中应用，以便飞往并从危险的水域采样。
Zufferey教授表示：“我们的愿景是让海洋学家和海洋生物学家能够从船上或岸边发射这个机器人，接近感兴趣的区域，如冰山或港口设施，潜入水中进行测量或取样，然后飞回传送数据。”
在MIT的AURA实验室，Zufferey及其团队致力于工程设计受自然生物力学启发的小型空中和水面车辆。为此，团队旨在设计一款能够在空气和水中飞行的车辆，克服水和空气之间的不同密度。
他们通过科学文献研究潜水鸟的飞行数据，发现小鸟在空中拍打频率约为10次/秒，而在水中约为4次/秒。基于这些数据，团队开发了一款拍翼机器人，模仿潜水鸟的拍打频率。
新型机器人外形类似鸟类，机身内含电池和防水电动机，驱动曲轴以设定频率上下拍动翼。翼采用薄膜制成，并涂覆疏水纳米颗粒以帮助排水。尾部可调节角度以辅助飞行。研究者制造并测试了三组翼：小（60厘米）、中（80厘米）和大（100厘米）。
在实验中，机器人在水下约半米深处启动，按设定频率拍打翼并调整尾部角度，观察机器人如何成功从水中游向水面并飞起。通过不同翼尺寸、拍打频率和尾角的组合，发现中等大小的翼能使机器人可靠地飞行、游泳并在水与空气之间转换。
该机器人在水中游泳时速度接近1米/秒，飞行时速度约为6米/秒。要从水跃入空中，机器人需以70度的角度进行拍打，以避免翼尖接触水面。值得注意的是，这款机器人在飞出水面时不需要潜水鸟所需的脚部助力。
未来，团队计划改善翼的设计，使其能够在拍打的同时转动，并测试机器人在湍流条件下的表现。Zufferey表示：“海洋科学面临的主要挑战之一是频繁且广泛地收集数据，而这款机器人未来可以解决这一问题。”
博主点评： 这款水陆两栖机器人不仅在技术上取得了突破，更为海洋科学的研究提供了新思路。其设计灵感源自自然界，展示了生物启发工程的巨大潜力。未来的应用前景令人期待，尤其是在数据采集的频率和效率上，机器人能够在极端环境中发挥重要作用。