来源：MIT News
麻省理工学院（MIT）华人教授陈凯文（Kevin Chne）的研究团队，近日研发出一种微型空中机器人，其飞行速度和灵活性可与昆虫媲美，未来有望应用于灾后搜救等场景。
这种微型机器人体型如一颗小豆子，配有仿生翅膀，能够穿越大型机器人无法进入的狭窄空间，同时灵巧躲避静止障碍物和坠落瓦砾。目前，空中微型机器人通常只能沿平滑轨迹缓慢飞行，远未达到昆虫般的敏捷水平，而MIT的团队成功打破了这一限制。
研究人员为这款机器人设计了一套基于人工智能的控制系统，使其能够完成连续翻转等高难度飞行动作。在最新实验中，这款机器人在11秒内完成了10次连续翻滚，即便在风力扰动下也保持高度稳定，偏离预定轨迹不超过4至5厘米。与团队此前的演示相比，机器人的飞行速度提升约447%，加速度提升约255%。
双阶段AI控制系统
微型机器人由软体人工肌肉驱动翅膀高速拍动，重量轻于回形针，但原先的手动调校控制器限制了其性能。为了实现昆虫般快速、激烈的飞行，研究团队开发了一个两阶段AI驱动控制方案：
- 模型预测控制器（Model-Predictive Controller）：利用动态数学模型预测机器人的运动，并规划最优动作序列，以安全完成复杂轨迹，如翻滚、急转弯和倾斜飞行。此步骤保证机器人在重复翻滚时，初始条件精确，避免因误差累积而坠落。
- 深度学习策略（Imitation Learning Policy）：通过模仿学习，将高性能规划器的控制逻辑压缩到可实时运行的AI模型中。策略以机器人位置为输入，实时输出推力和扭矩等控制指令，实现复杂动作的快速执行。
陈凯文是MIT电气工程与计算机科学系副教授、软体与微型机器人实验室负责人。他表示：“通过生物启发的控制框架，机器人的飞行速度、加速度和俯仰角度已经可与昆虫媲美，这是向未来目标迈出的重要一步。”
仿生性能与未来应用
实验中，机器人还展现了类似昆虫的快速俯仰运动（saccade movement），即快速加速到目标位置，再迅速改变俯仰方向，以帮助定位和观察环境。陈凯文指出，这种仿生飞行行为为未来在机器人上搭载摄像头和传感器，实现户外自主飞行提供了基础。
未来研究将探索如何让机器人在无需复杂动作捕捉系统的情况下自主避障，以及多机器人协作导航的可能性。卡内基梅隆大学机械工程教授Sarah Bergbreiter评论道，这项工作展示了即便在制造公差较大、风速超过1米/秒、机器人电源线缠绕等不确定条件下，微型机器人仍能完成精准翻滚和快速转向，显示出控制架构的高性能和高效性。
团队与资助
该研究由MIT陈凯文团队主导，论文共同作者包括研究生萧逸轩（Yi-Hsuan Hsiao）、博士Andrea Tagliabue、航天系研究生Owen Matteson等。研究成果发表于《Science Advances》。资助方包括美国国家科学基金会（NSF）、海军研究办公室、空军科研办公室、MathWorks以及Zakhartchenko奖学金。
陈凯文补充道：“这项研究可能标志着微型机器人控制范式的转变，让微型机器人在速度和灵活性上接近生物昆虫，同时保持实时控制的高效性，为未来多模式运动和灾害搜救任务开辟了新机会。”