EPFL與MIT研發撲翼水空機器人 展示潛鳥級的游泳飛行能力

仿生設計突破：機器人實現真正的水空雙棲飛行

全球約100種鳥類具備飛行與游泳的雙重能力——潛鳥、海鷗、海鸚及海燕等潛水鳥類能俯衝入水捕獵，隨後躍回天空。這項自然界的傑作如今被人類工程師成功複製。洛桑聯邦理工學院（EPFL）與麻省理工學院（MIT）的研究團隊設計出名為「撲翼水空飛行器」（FAAV, Flapping-wing Aerial-Aquatic Vehicle）的機器人，不僅在物理運動上模擬潛水鳥類，其應用前景更將改變海洋科學的探勘方式。

機器人的構造與設計哲學

FAAV機器人總重不足300公克，採用簡潔的設計架構：中央機身搭配兩片可彎曲撲動翅膀，以及可轉向尾翼。與傳統固定翼無人機不同，FAAV的翅膀與尾翼均採用活動替換設計，允許研究人員快速調整尺寸以測試不同飛行配置。

機器人內部整合了防水電動馬達與鋰電池，透過曲柄機構精確控制翅膀撲動頻率。其中最關鍵的創新——翅膜表面塗覆疏水奈米粒子。這層微觀結構協助水分快速滑落，減少濕潤對飛行的阻力，是兼顧水中與空中適應的核心技術。

從實驗室到湖面：逐步最佳化的過程

研究團隊在水槽與日內瓦湖進行了系統性實驗，逐一測試翼展、撲翼頻率與尾翼角度的組合。結果證明翼展80公分為最佳配置——翅膀須足夠柔軟以減少水中阻力，卻又要足夠堅硬以維持空中飛行穩定。

性能指標如下：

• 水中游泳速度：約每秒1公尺（撲翼頻率5赫茲）
• 空中飛行速度：約每秒6公尺（撲翼頻率相同）
• 水面起飛角度：需以約70度仰角俯仰，防止翼尖觸水

這些數據與真實潛水鳥類的表現驚人地相似。

歷史性突破：不需腳蹼的水面起飛

最令研究人員振奮的發現是——機器人無需腳蹼即可從水面起飛。

自然界中，大多數潛水鳥類起飛時會用雙腳在水面撐蹬。但MIT助理教授Raphael Zufferey領導的團隊證明，透過精準的翼展、撲翼頻率與尾翼角度組合，機器人得以仰靠翅膀撲動的推力單獨克服水的阻力。Zufferey表示：「過去從未有人能僅靠翅膀從水中飛出。這是一項歷史性突破。」

未來應用：海洋探勘的新途徑

Zufferey描繪了該技術的願景應用場景：「想像海洋學家與海洋生物學家，能從船隻或岸邊發射這款機器人，讓它飛往冰山、港口設施或鯨魚群附近。它可以潛入水中採集樣本或量測數據，再飛回交付資訊——成本僅為傳統方法的一小部分，之後還能反覆出發蒐集更多資訊。」

相比於派遣研究船隊或派員下水，FAAV提供了成本效益與安全性兼優的替代方案，尤其適用於極地冰區、波浪險峻或生物密集區域的探測。

下一步：更強大的機動性與實戰環境測試

研究團隊目前正改進翅膀設計，使其除上下撲動外，也能執行左右轉向動作，以提升空中機動性。未來將在更復雜環境中測試——包括波浪起伏水面與強風飛行——最終實現在真實海洋場景中的部署。

本研究由Zufferey、EPFL共同作者Dario Floreano與Auke Ijspeert，及Northwest Indian College研究人員共同完成，成果已發表於國際頂尖期刊《Science》，為仿生機器人與海洋無人載具的交界領域打開了新窗口。