于梅君
主笔、视频制作：于梅君
在今年央视春晚舞台上，江西小伙郭先彦开发的仿生机械蝴蝶，伴随身穿非遗服饰的李子柒惊艳亮相。在科技飞速发展的今天，像机械蝴蝶这样的仿生智能机器人，正逐渐走进我们视野。那么，动物们都有哪些“超能力”，又是如何与智能机器人巧妙结合的？
看！仿生蝴蝶和蜻蜓飞来了
亮相今年春晚舞台的仿生机械蝴蝶其实并非新鲜事。早在2023年世界机器人大会上，德国费斯托（Festo）公司展示的仿生蝴蝶就曾引起轰动。
这款名为“蓝色飞舞”的蝴蝶机器人，翼展长度是0.5米，每秒拍打1-2次翅膀，飞行时速可达每秒2.5米。每只蝴蝶机器人都可以被单独操控，按照预编程的路线飞行。缺点是飞行3~4分钟就得充15分钟电。
“蓝色飞舞”的翅膀，由覆盖了很薄的弹性电容膜的碳纤维骨架制成，两台电动机独立驱动两只翅膀，在它身上，还设置了加速计、陀螺仪、指南针以及两个90毫安的聚合物电池。
仿真蝴蝶使用摄像追踪系统，仅重40克，头部放置两个马达，尾部是电池和控制通信系统。10只机器蝴蝶可以同时飞翔并且不会相互碰撞，它们翩翩起舞，就像真正的蝴蝶一样，降落时，缓缓盘旋而下，十分赏心悦目。费斯托公司表示，机器蝴蝶未来可应用于工厂的监控系统中。
自上世纪90年代起，德国费斯托（Festo）公司就致力于仿生技术研究，向大自然学习是其一贯的理念。无论是银鸥，还是大象鼻子，抑或是壁虎爪子上的吸盘，都是费斯托灵感的来源。从2006 年开始，这家公司几乎每年都会推出一款包揽水陆空的仿生机器“动物”。
像仿生蝴蝶一样，费斯托公司研发的仿生蜻蜓，其灵感也来自自然界的蜻蜓，它能朝着任何方向、做出复杂的飞行动作。甚至它还能单独振动一只翅膀，用以减速和急转弯，加速和后退。
费斯托公司研制的仿生雨燕也是轰动一时的网红产品。仿生雨燕质量非常轻，只有 42 克，和一只麻雀差不多，但它的体型要比麻雀大很多：体长44.5厘米、翼展68厘米，它能自如地起飞、翱翔并降落。在集体飞行时，安装在室内的无线电 GPS 可以帮助每个机器鸟定位，因此编队中的每只“雨燕”都有空间意识，可以按照一定的模式飞行。
在国际上，除了德国Festo，也有不少公司在研究仿生机器人，比如，来自以色列航空工业公司的微型机器人实验室也有“机器人蝴蝶”。这款机器人蝴蝶属于接近纳米技术的微电子产品，长20厘米、重12克，内含发动机、传感器、通讯及转向系统，模拟蝴蝶扇动四片翅膀推动其前进。
仿生袋鼠、仿生蚂蚁栩栩如生
除了天上飞的，费斯托公司还创造出陆上跑、水中游的仿生机器人。比如，仿生袋鼠运用了复杂的传感器、连杆结构和用于充当“肌肉”的高压充气罐，几乎完全复制了袋鼠的弹跳功夫，仅需一小块电池与腿部的弹簧机构，袋鼠便能立刻活蹦乱跳。如果使用者戴上配套手环，就可以直接用手势控制袋鼠。
除了仿生袋鼠，最让人瞠目的还有一群3D打印的仿生蚂蚁。它们的头部配备摄像头，腹部配备传感器，可以随时进行红外导航。
机器蚂蚁大小与成人手掌相近，头部和整个身躯都布满电路，嘴部钳子和腿部爪子都使用了陶瓷致动器，可快速、精准地活动。
每一只蚂蚁都是“仿生网络”的一员，通过无线网络通信，多只蚂蚁可以协同工作，搬动较重的物体。蚂蚁的触角则是导电电线，在快没电时，它们会第一时间爬去自行充电。
另一个新型的蜘蛛机器人更有意思，它的原型是摩洛哥后翻蜘蛛，为了适应沙漠环境的生活，它有一种独特的行走方式，通过空中翻转与地面翻滚的组合来移动。而这样的驱动方式，在仿生学中有重要意义。
在翻滚模式下，人工蜘蛛和自然界的摩洛哥后翻蜘蛛一样，可以比行走时更快地移动，这款机器人甚至能够应对高达 5％的坡度。
仿生水母则由一个透明的半球和八根动力触须组成，中间是一个防水的激光烧结体，其中有一个中心电动马达、两个锂离子聚合物电池。仿生水母的灵活性与便捷性，体现了人工智能方面的研究成果，将在海底勘探和航空航天等领域有着广阔的应用前景。
仿生章鱼的触手和真的章鱼触手一样附有吸盘。整体采用可气动驱动的柔软硅胶结构，内置真空管可以自主提供吸附动能，轻松完成抓、握等动作。
目前，德国费斯托公司已创造了数十种“水陆空“机器生物，人类已阻挡不住他们“创世纪”的步伐。
机器昆虫从科幻“爬”进现实
大自然为仿生技术的发展提供了巨大支持，我国在仿生学研究方面也走在前列。2024年5月，北京航空航天大学科研团队发布了历时15年、自主研发的微尺寸仿生机器人。
这款“昆虫”机器人，最长尺寸仅有2厘米。北京航空航天大学能源与动力工程学院博士詹文成介绍，它的重量大概是200毫克，相当于40多根头发丝的重量。
“昆虫”机器人能挑战什么特殊任务？凭借微小的身躯，它能挑战多种环境考验。比如，置身在一堆石块之间，它行动矫健、穿梭自如；它可以进入航空发动机内部，完成机器内部环境的检测工作；也可以进入狭窄的管道，看看那里遇到了什么麻烦。
虽然体型微小，但“昆虫”机器人却五脏俱全——外壳由碳纤维打造，加上科研人员自主设计的芯片，再装上量身定做尺寸的电池等设备，就组成了可以蓝牙遥控的“昆虫”机器人。
两根和头发丝粗细相当的金属丝，就是“昆虫”机器人的充电接口，每次充电2分钟，可以爬行10分钟。
从外形到动作，“昆虫”机器人都酷似昆虫。它的设计灵感从何而来？詹文成介绍，创意灵感源自蟑螂，而在微小尺寸下实现快速移动，机器人的动力驱动，则是科研团队历时15年攻关的技术结晶。
在高速摄像机的镜头里，可以看到，磁铁在通电的情况下，会产生振动现象，这样的物理现象，为“昆虫”机器人提供了驱动源。
“昆虫”机器人的前腿以平均每秒200次的频率击打地面，从而产生前进的动力。实验室测试数据显示，“昆虫”机器人在负载电池的情况下，每秒可以前进37厘米，而在空载环境下，它的速度更快，每秒可以达到45厘米，已经和真蟑螂的速度相当了。
科研人员介绍，利用电磁场环境中出现的电磁振动现象，不仅可以打造爬行的“昆虫”机器人，还可设计出会飞行的“昆虫”机器人。微型动力技术的成功研发，有望将“昆虫”机器人应用于助力灾后搜救、大型机械设备和基础设施损伤检测等。
无人机灵感来自“萤火虫”？
目前无人机集群主要依靠无线电通信，电磁特征明显，容易被外界识别，也易受电磁环境影响。而萤火虫通过尾部独特的发光模式和频率，传达着辨别同类、警戒危险、指引方向等信号。无人机能不能仿照萤火虫，采用光信号来传输信息？
2024年5月，西北工业大学光电与智能研究院李学龙教授团队宣布，通过模仿萤火虫的交流方式，他们利用光通信和智能信息处理等技术，实现了电磁干扰下无人机间的信息传递。
这种仿“萤火虫”通信无人机，为无人机集群发展提供了创新解决思路。
仿萤火虫通信无人机的四条“腿”上，各搭载有LED发光源，看似平稳的光芒实际正在高频“闪烁”。另一架无人机上的光电传感器捕获到光信号后，对其开展智能分析，就可以实现像萤火虫发光交流一样的短距离信息传递，从而完成无人机间基于光链路的协同飞行。
由于光信号的传输不受电磁环境的影响，不会产生互调和互扰，仿“萤火虫”通信无人机抗干扰能力更强。
研究团队为仿“萤火虫”通信无人机“装备”了多项先进智能算法及技术，充分确保无人机集群的智能化和稳定性。
未来，科研团队将继续在仿“萤火虫”通信无人机通信距离、速率、稳定性和环境适应性等方面深入研究，并在以“低空经济”为代表的临地安防场景中开展广泛应用。
知多一点
仿生蒲公英：可跋山涉水的传感器
众所周知，湿地、森林以及农场等一般范围很大，人们因此无法详细监测其湿度、温度等变化数据。
美国华盛顿大学科学家受蒲公英种子随风飘零的启发，创造出一种可被风吹动的微小传感器携带装置。这款无需电池（利用太阳能）的微型传感器，模仿蒲公英播撒种子的方式，可借助风力飘散到四面八方，获取温度、湿度、降水量、光照强度等各类环境数据。
有了这款传感器，科研人员不必四处奔波，而是由传感器代替他们跋山涉水，这样就能轻松获取探测数据。
每个“蒲公英”传感器的重量大约是 30 毫克，听上去很轻，但已经是蒲公英种子重量的 30 倍了。不过也不用担心，即便是在微风徐徐的天气，传感器依旧可以飘浮大约 100 米。每个这样的结构，至少能搭载 4 个传感器，而传感器落地后，依旧可以向方圆 60 米的范围传送数据。
同样，受蒲公英启发，芬兰坦佩雷大学的科学家研发出一种能为植物授粉的微型机器人，这款叫“仙女”的机器人重量仅为 1.2 毫克，能随风飞舞。
“仙女”的结构设计，借鉴了蒲公英种子的形态，而且通过光照，使用者可以控制机器人“绒毛”的开合，使其改变形态，便于调整其在空中的飞行轨迹。
科学家表示，未来他们计划投放几百万台携带花粉的“仙女”机器人，并通过光线引导，让它们飞到需要授粉的植物身上。
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