你看那隻大鴿子，它揮着一對假翅膀！_風聞

【本文由公眾號“把科學帶回家”提供，ID：steamforkids】

撰文 | 鴿子

猜猜我是不是鴿子？

這是個什麼尤物，一個長着羽毛的紙質無人機？看着它翱翔的英姿，恍惚間又覺得那是一隻潔白的大鴿子。

其實，這隻高級的假鴿子是科學家們最近搞出來的一隻機器人，名叫PigeonBot。它貼着從真·鴿子身上拔下的羽毛，有人造的骨骼和身體。電力驅動，迎風翱翔。

高清特寫

從古至今，人們都想上天。但目前所見的人造飛行器要麼乾脆沒有翅膀，

熱氣球君

要麼翅膀硬邦邦。

飛機醬

像這樣能行雲流水般乎扇乎扇的人造大翅膀，倒確實很是少見。它是怎麼做出來的？如果你嘗試過臨摹大師的畫作，一定清楚模仿的第一步是足夠了解大師的繪畫手法。做一隻假鴿子也是如此。仿生的第一步，就是解決這樣一個問題：

*鴿子的翅膀是怎麼扇乎的？

現在，請把自己的雙臂想象成鴿子的翅膀，試着模仿一下它們的動作。

我猜，你會先將手肘彎曲，然後緩慢展開，讓手腕一起配合着上下襬動。鴿子的翅膀骨骼和你的雙臂正是同款運動。造鴿子的科學家分析了真·鴿子扇乎翅膀時每一幀的動作，發現**在翅膀骨骼主動運動的過程中，與骨骼相連的羽毛也會產生被動運動。**隨着翅膀逐漸伸展，羽毛間的夾角也會變大。

（當圖中翅膀所標註的W角增大時，P角和S角也會隨之伸展增大）

可這些羽毛被抻開的時候，為什麼不會因為拉扯而嘩啦啦掉下來？

這個過程有點類似翻書，你一頁一頁地把書翻開，並不會出現單頁脱落，是因為所有頁面被書脊處的膠裝訂在了一起。而鴿子翅膀上，相鄰的羽毛也會彼此連接，機關就是這個有彈性的小鈎鈎。

*造一隻假鴿子

偷窺了飛翔的小秘密，科學家可以動手了。問：造一隻假鴿子需要幾步？

答：**做一個身體、插上一對翅膀、補充一個尾巴。**共三步。

身體基本撐起了假鴿子的輪廓，它選擇的材料是：密度低、易於切割、方便連接、非常好用的——泡沫塑料板（還以為鈦合金來着）

泡沫塑料板用激光切割後粘合，黑科技核心被放到身體內腔。假鴿子便擁有了機器人該有的內核。

尾巴是泡沫塑料材質搭配傳統尾巴的造型。由兩塊相互垂直的板子分別平衡縱向和橫向。

眾所周知——沒有翅膀的大鴿子沒有靈魂。

翅膀的骨架同樣由泡沫塑料製成，但“手腕”和“手指”處的關節可以被遠程操控靈活運動。

與骨架連在一起的是真實的鴿子羽毛。你沒有看錯，就是從鴿子的翅膀上薅下來的，左右各20根。不同鴿子的羽毛存在明顯的個體差異，所以科學家們會盡量從同一只鴿子身上拔下所有需要的羽毛，並按照原先的順序排列。

相當於直接把鴿子的飛羽移植到了假鴿子翅膀上。在此之前，人造羽毛一般使用碳纖維****和玻璃纖維。相比於那些假羽毛，真的鴿子羽毛兼具輕柔絲滑和韌性。更能在迎風翱翔後抖去身上的塵土，恢復原本從容優雅的模樣。

它們先通過3D打印的接頭用熱膠一個一個連接到骨架上。

再被橡皮筋特製的搭扣相連，**模擬了真·鴿子羽毛間的小鈎鈎結構，**以確保在飛翔時被動張開。

來看看它扇乎起來的颯爽英姿吧。

*這麼優秀，咋不上天呢？

該上天了。

為了證明自己不是隻泡沫塑料紙飛機，假鴿子配置了精妙協作的運動控制系統：PixRacer自動飛行系統，同時配合地面遙控指令。來自地面控制台的指令以無線電的形式傳遞至鴿子身體，指導左右翅膀共4處關節的運動，以及側方轉向。PixRacer則用來控制升降並提供動力。

接下來就是鴿顯神通的時刻。

前文提到，研究者整理出了鴿子翅膀運動的相關動力學線性方程。那麼這隻假鴿子的表現也符合類似的運動規律嗎？在風洞環境中，人為地操控假翅膀骨骼的運動，具體來説就是輸入一連串關節張開角度的賦值，能得到一系列羽毛被動張開的角度。將其與真實的翅膀運動方程做對比，發現二者的相似度很高。

這説明，人造翅膀的**“不完全驅動”模擬**很成功。

此外，單獨控制一側的翅膀彎曲角度，就能讓機器人鴿子在空中流暢地左轉和右轉了。

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雖然外貌不那麼出眾，但身體在飛行中的表現非常誠實。嗯，是隻好鴿子。PigeonBot流暢的飛行對未來有很重要的意義。它讓我們更懂鳥類飛行的秘密，能通過建立模型的方式安全地研究猛禽。此外，它將有可能在改進飛行器或者飛行機器人中發揮更出色的商業價值。再敢想一點，或許有一天人類也能揹着一雙大翅膀上天了？

你看，科學家的世界裏，一本正經地放鴿子都能發文章。咕~

他們説，人類的本質都是鴿子