实现自主无尾翼飞行的26克蝴蝶灵感机器人
机器人学
2026-03-11 v2
摘要
生物蝴蝶的飞行代表一种独特的空气动力学 regime，其中高幅度、低频翼膜会诱导显著的身体波动和惯性波动。虽然现有的无尾翼拍翼微型空中机器人通常采用高频动力学以最小化此类扰动，但蛾类飞行包络仍是一个具有挑战性且较少被探索的领域用于自主机器人。本文介绍了\textit{AirPulse}——一只26克重的蝴蝶灵感机器人，实现了该规模下首个在线闭环控制的无尾双翼平台飞行。它复制了蝴蝶飞行的关键生物力学特征，采用低纵横比、柔性碳纤维增强翼膜，并采用低频拍翼以再现生物体特征性身体波动。利用控制有效性的定量映射，我们引入了分层控制架构，包括状态估计器、姿态控制器和具有摆动时机不对称节奏（Stroke Timing Asymmetry Rhythm, STAR）的中枢模式发生器，将姿态控制需求转化为平滑稳定的翼膜时机和角度偏移调制。自由飞行实验表明，机器人能够实现稳定的攀升和有向转向机动，证明了即使在振荡动力学 regime 下也可实现自主运动。通过将生物学形态与简约控制架构相结合，\textit{AirPulse}既是一种硬件验证的模型，用于解码蝴蝶飞行动力学，也是一种新型碰撞鲁棒性空中机器人原型。其轻量化和柔性结构为广泛的应用提供了非侵入式解决方案，例如生态监测和狭小空间检查，其中传统无人机可能不足之处。
引用
@article{arxiv.2602.06811,
title = {A 26-Gram Butterfly-Inspired Robot Achieving Autonomous Tailless Flight},
author = {Weibin Gu and Chenrui Feng and Lian Liu and Chen Yang and Xingchi Jiao and Yuhe Ding and Xiaofei Shi and Chao Gao and Alessandro Rizzo and Guyue Zhou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.06811},
year = {2026}
}