本文刊于4月23日《中国科学报》03版

尺寸、重量和蜜蜂接近，能在空中稳定悬停不坠落；小到可以钻进废墟的缝隙，被撞翻还能翻个跟头重新起飞。这不是科幻电影里的场景，而是国防科技大学科研团队研制出的三代昆虫级微飞行器“机械小飞虫”。

学校教授吴学忠、肖定邦、吴宇列团队攻克传动复杂、飞行失稳、尺度固定三大行业共性难题，研制的三代昆虫级微飞行器核心性能跻身国际领先水平，为狭小空间搜救、精密侦察、生态环境监测等场景带来了全新的微型飞行解决方案。相关成果近期先后发表于《中国航空学报（英文版）》《研究》和《微系统与纳米工程》。

飞行器制作场景。陈杰/摄

昆虫级扑翼微型飞行器只有毫米尺度、毫克重量，却能像昆虫一样高速起飞、灵活变向，被视作未来空天智能装备、应急救援、生态探测领域的颠覆性平台。但这东西太难做了。

在国际上，昆虫级扑翼微型飞行器研制一直被3个核心难题困住，成了业内公认的“硬骨头”。

其一是传动复杂。传统压电驱动的微型飞行器必须依靠复杂的连杆传动机构放大位移，那些微米级零件组装难度极大，比绣花还难，成本居高不下。其二是飞行失稳。无控状态下，飞行器极易侧翻、倾倒，稳定悬停时间不足两秒，刚飞起来就会一头栽倒，几乎不具备实用价值。其三是尺度固定。所有飞行器都是固定尺寸，想要适配不同场景，必须重新设计、加工、组装，研发周期长、造价高昂。

此前，美国哈佛大学微机器人实验室、日本丰田中央研究所等国际团队已在该领域深耕十余年，占领了技术高地，国内鲜有团队发起挑战。

“越是难走的路，我们偏要试试。”2019年，国防科技大学微纳机器人团队负责人肖定邦瞄准国内研究空白，毅然决定攻克昆虫级扑翼微型飞行器。从初步概念验证到系统深耕细作，团队用6年时间把一个“小众课题”做成了核心研究。

没有现成的理论参考，没有成熟的加工方案，团队成员只能从零开始，搭建压电驱动理论模型、设计仿生机翼结构、调试高压驱动信号、优化微米级装配工艺，光是机翼原理就迭代了三十余版，压电驱动器的材料测试做了近百组。

“实验室的灯光从傍晚亮到凌晨，高速摄像机的画面里满是机翼抖动的轨迹，激光切割的细微废料堆满了实验台。”吴学忠说，团队成员在毫米级的世界里一点点打磨着属于中国的“小飞虫”。

一开始，团队好不容易让“小飞虫”离地，可它要么歪歪扭扭，要么刚起飞就翻倒。直到有一天，受不倒翁玩具启发，团队突发奇想，能不能让微型飞行器像不倒翁一样自动扶正？这个灵感成了后续系列突破的起点。

灵感有了，实现起来谈何容易。

第一关是“飞起来”。团队首创“压电直驱技术”，直接用压电陶瓷驱动翅膀扑动，彻底扔掉传动机构。结构简化90%，成本降低60%，造出的原型机仅160毫克、约两粒芝麻重，起飞速度却达到每秒1米，成为全球起飞最快的毫克级飞行器之一。

第二关是“稳得住”。受不倒翁玩具启发，团队在飞行器顶部加装了一个圆柱形气动阻尼器。这个小装置利用空气阻力，能在飞行器倾斜时自动产生扶正力矩。最终，飞行器在完全无控情况下能稳定悬停超过15秒，达到国际领先水平。就算被人拍歪或被风吹倒，它也能在1秒内翻正、重新起飞。

第三关是“可大可小”。团队攻克可变翼展技术，造出了一系列不同大小的“小飞虫”，其中最轻的仅55毫克、翼展28毫米，是目前全球最小、最轻的同类飞行器。

“在毫厘之间攻坚，每一步都容不得半点松懈。”这是团队成员最深的体会。为了攻克微米级结构难题，团队成员常年扎根实验室——高速运动捕捉系统昼夜不停，要记录每一次扑翼的轨迹，就得24小时值守；压电驱动参数调试一轮接着一轮，往往十几个小时连轴转。

“选方向时可以有松弛感，但定了目标，就一刻也不能放松。”吴宇列常说的这句话成了大家的科研信条。团队没有追求短平快的成果，而是沉下心深耕细作，把每一个技术细节做到极致。

基于系列研究成果，团队成功研制三代昆虫级微飞行器。目前，该飞行器已完成室内无控飞行、抗干扰、姿态恢复等多项测试，性能稳定可靠。

仿蜜蜂FWMAV原型样机。受访者供图

未来，团队将为飞行器搭载微型传感器、微型能源模块，向狭小空间搜救、灾后勘察、精密环境监测、生态授粉等实际应用场景迈进。在地震后的废墟缝隙里，一群蜜蜂大小的飞行器钻入深处，传回被困人员的位置；在化工厂泄漏的密闭管道中，它们悄无声息地完成环境监测；在精密温室里，它们代替蜜蜂完成授粉……不久的将来，这些场景将成为现实。

这支团队在毫米级的微小尺度里闯出了一片广阔的天地。“机械小飞虫”正铆足劲儿扇动翅膀，飞向更大舞台。