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斯坦福大學(xué)機(jī)械工程學(xué)助理教授戴維·倫特恩克（David Lentink）在《科學(xué)機(jī)器人》雜志指出：“我真的很想了解鳥類如何改變其翅膀的形狀?！?/p>
以前的飛機(jī)機(jī)翼等翅膀不同，斯坦福研究者開發(fā)的這款翅膀是用真的羽毛做的。插上這雙翅膀的鴿子無人機(jī)不僅能在天空滑翔，還能在空中通過收縮、伸展翅膀完成轉(zhuǎn)彎、爬升等動(dòng)作。
鴿子機(jī)翼，每側(cè)可容納20根羽毛。它們是白色的，因?yàn)樗鼈儊碜允称芳?jí)鴿子。為了將羽毛固定在人工翼上，工程師們使用了正畸橡皮筋。
PigeonBot的混合翼讓人了解到將生物材料與機(jī)器人技術(shù)結(jié)合起來的細(xì)微差別。羽毛來自于高品質(zhì)的鴿子，而當(dāng)所有的羽毛都來自同同一只鳥時(shí)仿生無人機(jī)的效果最佳。為了控制仿鴿無人機(jī)，團(tuán)隊(duì)提供了PigeonBot電機(jī)，可以調(diào)節(jié)每個(gè)人造翼和在兩個(gè)不同關(guān)節(jié)處連接的飛行羽毛。然后，研究人員可以使用遙控器移動(dòng)機(jī)翼，從而使鴿子羽毛翼轉(zhuǎn)動(dòng)并傾斜。這模仿了真正的鴿子在空中控制其軌跡的方式，盡管仿生鴿子的翅膀沒有真正的禽類擁有所有的活動(dòng)關(guān)節(jié)和自由度。
所有的四足動(dòng)物，包括恐龍，都是從四肢末端有五個(gè)手指的祖先演變而來的，隨著時(shí)間的流逝，它們變成了手，爪，鰭狀肢或翅膀，現(xiàn)代鳥類保留了三個(gè)爪或手指。Lentink說：“我們確定鳥類可以獨(dú)自操縱手指般的羽毛?！?nbsp;實(shí)際上，鳥的翅膀和人的手臂具有一些基本的結(jié)構(gòu)相似性：例如，一個(gè)翅膀具有肱骨，radius骨和尺骨。而且在每個(gè)翼尖，它們都有類似手指的解剖結(jié)構(gòu)，可以移動(dòng)大約30度，以微妙的運(yùn)動(dòng)控制其飛行。
通過研究風(fēng)洞中的鴿子翅膀，研究人員發(fā)現(xiàn)鳥類腕和爪的動(dòng)作可以很好地控制羽毛的位置，翼展和面積。在飛行測試中，鳥類手腕和手指的操縱引發(fā)了小角度的穩(wěn)定轉(zhuǎn)彎動(dòng)作，研究人員說，這提供了一些最初的證據(jù)，證明鳥類主要使用這些精巧的數(shù)字語言來操縱飛行。
實(shí)驗(yàn)表明，PigeonBot確實(shí)能使用不對(duì)稱機(jī)翼變形進(jìn)行轉(zhuǎn)彎。同時(shí)PigeonBo也可以t使用對(duì)稱機(jī)翼變形操縱空氣流向?qū)崿F(xiàn)飛行。
研究小組還研究了鳥類如何使翅膀變形的機(jī)理，鳥類羽毛的單獨(dú)控制更多的是自動(dòng)而不是手動(dòng)。而且，羽毛上微小的微觀結(jié)構(gòu)形成了一種單向尼龍搭扣式的材料，可以使這些羽毛形成一個(gè)連續(xù)的曲面，而不是一堆互不相連的曲面。真實(shí)的鳥類翅膀是非常靈活的，可以改變形狀，大多數(shù)鳥類都可以將翅膀向后折疊，以此來減少表面接觸面積。這樣一來就可以根據(jù)飛行狀態(tài)靈活切換，長翼用來高飛和轉(zhuǎn)彎，短翼用來調(diào)整速度。
與之前的研究不同，斯坦福的研究者沒有將精力花在制造仿真羽毛上，因?yàn)樗麄冇X得與制造羽毛相比，更關(guān)鍵的是如何復(fù)制一雙靈活的翅膀，即模仿鳥類翅膀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)制。這款鴿子機(jī)器人重 280 克，翼展 80 厘米，翅膀上有 40 根羽毛。但是，該機(jī)器人的推力靠的并不是翅膀，而是安在前方的推進(jìn)器，羽毛翅膀用來控制方向和操縱。
鴿子機(jī)器人羽翼主體包含四部分：肱骨、橈骨、尺骨和前肢。使用真實(shí)羽毛解決了羽毛的制造難題，但需要想出一種方法來協(xié)調(diào)所有羽毛之間的復(fù)雜關(guān)系，正是這種相互作用在控制著真實(shí)鳥類的翅膀形變。
整體羽翼架構(gòu)包含一個(gè)螺旋槳驅(qū)動(dòng)的儀表板和一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)的真實(shí)羽毛變形翼
將羽毛結(jié)合到飛行器中也需要一些獨(dú)特的維護(hù)。他說：“如果它們被弄皺了，您可以裝扮它們。” 通過這種方式，他意味著用手使它們變光滑，這與鳥類自夸的方式不同，它們利用喙將油撒在羽毛上，從而增強(qiáng)并防水。
當(dāng)機(jī)翼膨脹時(shí)，它鎖定在一起，然后隨著機(jī)翼收縮而再次滑落，加強(qiáng)了機(jī)翼并使其抵抗湍流。他們發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)存在于除貓頭鷹以外的大多數(shù)其他鳥類中，這使它們可以更安靜地飛行。Lentink補(bǔ)充說，類似維可牢尼龍搭扣的結(jié)構(gòu)（其技術(shù)名稱為“葉狀纖毛”）可能具有廣泛的應(yīng)用，例如醫(yī)療和航空航天，他和同事們將其視為未來的研究領(lǐng)域。
鴿子無人機(jī)借助自己的混合系統(tǒng)進(jìn)行操控，而推力和額外的穩(wěn)定控制來自推進(jìn)器和傳統(tǒng)型尾翼。這個(gè)鴿子無人機(jī)的翻轉(zhuǎn)可以僅通過翅膀上的指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)來控制，而且這項(xiàng)技術(shù)比傳統(tǒng)飛行器用到的副翼橫滾要穩(wěn)定得多。
氣動(dòng)模擬中羽翼的不對(duì)稱變形可以使鴿子做出耦合橫滾和反向偏航等動(dòng)作在這種獨(dú)特的羽毛機(jī)和實(shí)際飛機(jī)之間還有一些相似之處。商用和軍用飛機(jī)在一定程度上改變了飛行中機(jī)翼的形狀。例如，在起飛和降落期間，一架類似波音747的客機(jī)飛行員將伸展機(jī)翼上的襟翼和板條以產(chǎn)生更大的升力，而諸如副翼的運(yùn)動(dòng)表面則使飛機(jī)可以滾動(dòng)和轉(zhuǎn)彎。然后是F-14雄貓，它有機(jī)械復(fù)雜的機(jī)翼，可以在飛行中向前或向后改變位置。但是，這沒有什么比得上是真正的飛鳥，它具有自然的技巧來拍打和調(diào)節(jié)翅膀。
Lentink仍然確信，未來的飛機(jī)可以通過結(jié)合鴿子和其他鳥類的經(jīng)驗(yàn)，利用變形機(jī)翼（也許每個(gè)機(jī)翼的一部分會(huì)以某種方式彎曲）?！澳粫?huì)看到像我們的機(jī)器人那樣的羽毛狀飛機(jī)，但是您會(huì)在其中發(fā)現(xiàn)智能材料，這些材料具有相似的特性，可以更好地滿足工程約束，并且可以實(shí)現(xiàn)比當(dāng)前飛機(jī)更多的鳥類功能。”
鴿子無人機(jī)在空中滑翔
鴿子無人機(jī)通過羽翼的收縮、伸展完成轉(zhuǎn)彎、爬升等動(dòng)作
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