摘要：在国家科技传播中心，一只“蜂鸟”悬停在半空，飞速扇动的翅膀发出细微嗡鸣。前进，后退，上升，下降，轻盈如挣脱了重力的束缚。这不是自然造物的奇迹，而是北京航空航天大学团队发布的微型可悬停扑翼飞行器。当它稳稳降落，现场响起一阵惊叹。此刻，墨子造木鸢的古老梦想，镀上了

北航生物飞行与仿生飞行器团队/供图

在国家科技传播中心，一只“蜂鸟”悬停在半空，飞速扇动的翅膀发出细微嗡鸣。前进，后退，上升，下降，轻盈如挣脱了重力的束缚。这不是自然造物的奇迹，而是北京航空航天大学团队发布的微型可悬停扑翼飞行器。当它稳稳降落，现场响起一阵惊叹。此刻，墨子造木鸢的古老梦想，镀上了金属的光泽。

悬停之谜的破译

蜂鸟，被称为自然界“最精巧的飞行家”。体型仅手掌大小，重量不及一颗鸡蛋。当客机在大迎角下就可能失速下坠时，蜂鸟翅膀却能以近乎45度的大迎角稳定悬停——这一度是世界航空领域的未解之谜。

“悬停的秘密在于翅膀的高速拍动。”北京航空航天大学教授吴江浩解释，蜂鸟翅膀拍动的频率可以高达80次/秒，这种运动能将气流急速抽吸至下方，产生强大的反作用力，实现直升机般的精准悬停，飞行效率远超现代无人机。

早在1996年，团队便萌生了研究昆虫飞行原理的想法。作为以航空航天为特色的高校，他们的研究最终要落脚到工程载体上。因此，团队最初从力学问题出发，致力于破解生物飞行的奥秘。经过近10年的系统性理论研究，他们对自然界生物飞行原理的认知取得了国内外公认的成果，为后期研制仿蜂鸟飞行器奠定了坚实的理论基础。

理论研究逐渐清晰后，团队开始思考能否模仿生物的飞行，制造出类似的飞行器。然而，从理论分析转向工程实践的跨越困难重重。吴江浩表示，核心问题在于“仿生”的边界：到底要模仿生物的什么？是外观、力学性能、材料特性，还是飞行能力？

“生物体依靠骨骼和肌肉的精妙调控实现刚柔并济的飞行，这是人造材料难以企及的。要知道，蜂鸟的翅膀离体后很快会失去活性变得脆弱。”吴江浩说，受限于制造工艺和技术水平，追求全方位的仿生是不现实的。

于是，他们调整了方向，重点筛选哪些生物飞行原理具备转化为工程技术的可行性，并着力解决“能仿什么、能仿到什么程度”的问题，最终将目标锁定在核心飞行能力的复现上：让飞行器的外观尺寸趋近真实蜂鸟，并成功复现其标志性的悬停、强抗扰与强机动能力。

在早期尝试中，团队采用精度高的光敏树脂3D打印工艺制作部件，但材料性能脆弱，加工流程极为复杂。微型集成系统装配耗时一整天，却常常在短暂的测试中损坏，陷入“组装一整天，测试几分钟”的窘境。这让他们意识到，系统结构的可靠性与稳定性，是飞行器从“能动”迈向“能飞”必须跨越的第一道门槛。

为攻克结构脆弱难题，团队创造性地引入“驱-传-控”一体化设计理念。当高强度尼龙复合材料替代传统树脂材料后，飞行器终于迎来强筋健骨的蜕变——运行数百小时无故障，不仅揭示了自然界最精巧的飞行秘密，更使仿生翼升力系数达到惊人的2.10，超越生物蜂鸟翅膀40%。

让机械长出“生命的翅膀”

要让仿生蜂鸟真正实现“既灵巧、又微小、更稳定”的目标，薄如蝉翼的仿生翅膀成了最大的技术壁垒。“翅膀需要承受每秒数十次的高速扑动，这几乎是材料工程的极限挑战。”吴江浩说。

攻关初期，实验室几乎被各种薄膜淹没——面包店的保鲜膜、超市的购物袋，甚至从垃圾堆里捡回的包装膜都成了测试对象。整整两年间，团队测试了上百种轻质材料，制作了近千只仿生翅膀，记录本上密密麻麻写满了失败的数据。

转机出现在2017年教师节。研发团队的学生送来几束鲜花，不料鲜花的包装膜意外成为破局关键。在一位同学的提议下，团队连夜对这种薄膜进行了性能测试。

测试结果令在场所有人屏息——在高速扑动测试中，这种看似普通的包装膜展现出了轻盈与坚韧的完美平衡，其质量和承载能力恰好满足了仿生翅膀的苛刻要求。

“我们当了回现代爱迪生。”吴江浩笑着回忆这场意外破局。

团队以碳纤维作为翅膀的主要骨架结构，以韧劲十足的聚酰亚胺薄膜作为覆膜，成功制备出轻质、高效、低噪声的仿生柔性扑翼。这一突破使“机械蜂鸟”的尺寸成功缩小至巴掌大小，重量轻于一颗鸡蛋。其中，翅膀重量仅占机身的1%，却能产生1.5倍体重的升力。

翅膀的难题解决了，“大脑”的研制又是场“硬仗”。工作台上，学生小心翼翼地用镊子夹起一片仅重1.8克的微型电路板，这是团队自主研发的飞行控制板，集成了微处理器、陀螺仪、加速度计与通讯模块。这个轻量化、小型化的“神经中枢”拥有毫秒级的反应速度，能让飞行器对外界扰动做出闪电般的响应，精准实现姿态调节、抗扰控制与空中悬停。

2017年，“机械蜂鸟”迎来了历史性的首飞。吴江浩说，这仅仅是解决了最基础的“裸飞”问题。“首飞时，我们剥离了所有额外设备，只保留了最核心的动力，证明它产生的升力在‘裸重’状态下能大于自身重力，可以离地了。”此时的飞行器如同初生的雏鸟，离真正稳定、持久、可控的翱翔还有很长的路要走。

毫秒间的生命律动

首飞之后，如何控得住飞行又成了新的挑战。在一次春游中，研发团队副教授张艳来的孩子指着枝头山雀问：“爸爸，为什么它们在跳跃时要一直摆动尾巴呢？”

这句稚嫩提问，如闪电般劈开迷雾。返程途中，吴江浩猛然想起高速摄像机中蜂鸟悬停时微妙摆动的尾部和腹部，团队为此专门建立了蜂鸟翅膀和腹部协同控制的多体动力学模型。童言童语激发的灵感，最终让仿蜂鸟飞行器实现了转得快、控得住等亮眼性能。

“机械蜂鸟”在扑翼力效、微型化设计和控制能力三项核心数据上，不仅超越所有同类飞行器，甚至逼近真蜂鸟。性能指标、53项授权发明专利、5项登记软件著作权，展现了“机械蜂鸟”研发团队的创新实力。

悬停的奥秘藏在毫秒级的时速中。“就像人站在这儿立正，其实也在微微晃动。”吴江浩用生活场景揭示玄机。飞行器每秒拍翅二十余次，每一次拍动仅40毫秒。当传感器感知失衡，控制系统能在十几个毫秒内调整翅膀参数。“人的眼睛是百毫秒甚至秒级的，你还没看出来它动，它已经调回去了。”这套系统如同精密的人体反射链：传感器如皮肤感知风力，处理器判断强度，控制器决策抗扰方案。最难的是在剧烈运动中分辨局部晃动与整体稳定。

2019年，飞行器首次在“没有任何外部约束条件”下，自主完成自由起降、悬停与转向。至2024年，它成为全球同类产品中唯一续航超15分钟的飞行器。升力从首飞时的“裸重十几克”跃升至50克——这意味着它能携带三倍于从前的“行囊”飞向远方。

多年坚持孵化了独特的团队生态。周超从本科跟到博士毕业，张艳来从博士后阶段坚守至今。“要不是几个骨干坚持了10多年，飞行器很难做出来。”吴江浩说，“这种坚持绝非盲目冒险。我们先解决方向可行性，再论证技术可行性，最后才带着学生冲锋。”他将团队比作修表匠——零件精度达微米级，装配时得用放大镜，像修机械手表般精密。

飞向现实的“机械蜂鸟”

如今的“机械蜂鸟”正飞出实验室，进入现实场景。在西部桥梁的钢索检测中，传统旋翼无人机易刮伤结构，“用我们这个飞行器就比较安全。”吴江浩说，轻巧机身能贴附桥墩探查裂缝，如同为基础设施把脉。科技馆里，它替代无法展出的活体蜂鸟，让观众感受生命飞行的韵律。“仿生科技有了更重要的意义，那就是激发青少年对科学、工程和自然的热爱。”

据介绍，北航团队已针对隧道巡检、交通监控等需求，开发出3款专用机型。目前，这些“机械蜂鸟”已服务于应急、消防、交通等10余家单位，完成火场侦察、隧道勘测等任务。

中国工程院院士、北京航空航天大学教授李椿萱评价：“此类飞行器因其强隐蔽、强抗扰和强机动特性，在国民经济发展和社会民生保障等领域发挥‘出其不意’‘以小博大’的重要作用，已成为全球研究热点。”

国家科技传播中心的证书烫着金印：“微型可悬停扑翼飞行器的仿生设计技术及应用纳入科技成就展数字展品库”。吴江浩表示：“团队正抓紧拓展飞行器型谱。我坚信，在不远的未来，我们的‘人造蜂鸟’可以和自然界真正的蜂鸟同台共舞！”（记者 李平）

来源：海淀融媒