4 微纳扑翼飞行器发展挑战与应用

4.1　发展态势挑战

虽然微纳扑翼飞行器在设计方案、加工工艺、驱动方法、系统集成、感知与控制等方面取得了一系列进展，但距离实用化仍然有一定距离，主要面临以下技术挑战：（1）微纳扑翼飞行器需要全新的设计方案，当前的微纳飞行器在技术路线和结构设计方案上限制了其进一步微型化和集成化，且噪声较大，在较安静的室内环境易暴露；（2）微纳扑翼飞行器对仿生“功构一体”智能材料与结构的需求迫切，现有微纳飞行器的材料和结构通常功能有限，为了增加其功能需要叠加使用，制造组装过程复杂，与微纳飞行器苛刻的体积和质量限制产生根本矛盾；（3）微纳扑翼飞行器对智能化感知与信息处理系统的集成化程度提出了苛刻要求，微纳飞行器既包含智能信息处理算法的软件集成，又包含机械、能源、传感等多个模块的高度硬件集成，是对当前微机电系统制造能力与综合集成能力的巨大挑战；（4）微纳扑翼飞行器对高效率仿生能源供给与转换装置提出了迫切需求，微型化对能源的能量密度以及能源转换装置的转换效率都有比较高的要求，现有能源存储与转换方法难以满足要求；（5）微纳扑翼飞行器的自主感知与集群控制难以实现，目前绝大多数微纳飞行器均只包含运动机构，其姿态测量和信息处理系统通常在超微机器人外部，更无法携带相关感知和探测载荷，主要原因是体积和功耗约束下负载能力极为有限，感知系统集成化程度低，要实现自主感知与集群控制非常困难。

4.2　应用潜力

相比于传统无人飞行平台，微纳扑翼飞行器具有体积微小、隐蔽性强、灵活度高等显著优点，开展微型扑翼飞行器的技术研究，具有以下几个方面的重大研究价值。（1）微纳扑翼飞行器具有体积小、噪声低、运动灵活等优异特性，将极大提升隐蔽渗透侦察能力。可以多种渠道投放至敌区执行侦察，还可以依附于敌方的车辆、人员等载体渗透进入敌方内部，实现“无孔不入，无处不在”，获取常规手段难以得到的情报信息。（2）微纳扑翼飞行器可依托于先进微纳制造工艺，实现低成本批量化的制作。单一机器人的负载能力有限，监测和攻击能力受限于携带载荷的种类和承载能力，集群化可以有效地提高微飞行器的攻击能力。此外，集群化的微飞行器通过构建区域网，批量投放至战场，可实现对战场态势的全天候监视。（3）跨尺度的无人平台组合将是未来微型机器人应用的重点研究方向。微纳扑翼飞行器与传统无人平台优势互补，促进无人装备跨尺度融合发展，能充分发挥无人平台在未来战争中的效力。微飞行器载荷能力与续航能力有限，适合近距离的侦察、情报获取和定向攻击等任务，可用于补充中小型无人平台由于体积限制无法执行作战任务的场景，提升无人平台综合作战能力，促进无人平台多尺度体系能力的快速形成。（4）在民用方面，微纳扑翼飞行器的应用潜力也是十分巨大。在智能检测方面，可广泛运用于农、林、牧、渔以及一些工业生产的巡检、安全保障等方面；还可用于复杂未知环境中的勘探、地图的测绘、考古以及灾后救援等。

5 微纳扑翼飞行器发展建议

聚焦我国未来在智能无人系统领域的发展需求，结合当前微纳飞行器在结构设计、加工工艺、能源驱动方法以及运动控制等方面所面临的挑战，给出了微纳飞行器未来发展的研究建议。（1）体积超微型化微纳机器人的核心优势就是体积小和质量轻，所以在微纳飞行器未来的发展中，需要牢牢把握这一点，研发出超微型的微纳飞行器，利用其极强的隐蔽性优势，在一些特殊环境（如战场、跟踪罪犯等）中灵活隐蔽地完成侦察、监听等任务。（2）加工制造批量化与智能化微纳机器人的另一个优势是单个机器人的材料成本普遍远低于大尺寸机器人，因此需要研发出针对微纳飞行器的批量化制造工艺，大幅度降低微纳飞行器的制造成本，同时加工过程应更加智能化，工艺流程、加工进度以及加工精度的控制应符合智能制造的要求，使智能微纳飞行器能更快投入生产应用。（3）结构功能仿生化围绕仿生结构“可自愈、自生长、自组织、自进化”的应用需求，构建用于提升微纳飞行器系统仿生功能的智能化综合平台，使结构设计和成型更加智能化，同时使微纳飞行器仿生优势进一步拓宽。（4）供能驱动高效智能化研发能量密度更高的能源，或是通过飞行器智能实时调节自身功耗来延长机器人的持续工作时间；研发更高效更智能的驱动方式来提高微纳飞行器的负载、运动以及续航能力。（5）控制智能集群化用于宏观环境下作业时，通常需要数个微纳飞行器合作完成任务，类似于蜂群，在单个微纳飞行器运动控制的基础上，通过布置多个微纳飞行器进行集群控制与协同控制，实现群体间的紧密合作；还可以通过对微纳飞行器分组搭载不同的传感器，进行信息的交流和综合，实现协同态势感知和信息共享，进而进行群体智能决策。

6 结束语

随着计算机集成技术、材料科学、空气动力学、微纳制造技术与人工智能技术的不断进步，微纳扑翼飞行器的研究已经取得一定的成果，但在微纳扑翼飞行器的高集成度、无线高效驱动、微型高密度能源供应、自主感知以及集群控制等方面仍有巨大的发展空间，未来微纳扑翼飞行器的发展与应用呈现以下趋势：（1）微型化，其核心是利用尺度优势，来提高其隐蔽性与战场适应性；（2）集成化，在单个飞行器上集成多种传感器与执行器，使飞行器多功能化，能够完成多种作战任务；（3）智能集群化，通过控制手段，使飞行器群体能自主地、高效协同地完成作战任务，合作完成单个飞行器无法完成的特殊任务（如联合侦察、集体杀伤目标、战场搜救等）；（4）能量致密化，研发能量密度更高的能源，或是通过降低飞行器的功耗来延长其持续工作的时间；（5）驱动高效化，研发更高效的驱动方式来提高微飞行器的负载和续航能力；（6）生产批量化，通过开发微加工工艺来实现飞行器的批量生产化，以降低制造成本。来源 《无人系统技术》 

编辑 罗倩

监制 李志

以上内容为高博特编辑选取的行业技术，尊重原创，如有侵权请联系删除。

 ——————   特别关注   ——————

让科技更好地赋能产业，“尖兵之翼”永不落幕。高博特自2006年发起、策划、投资、组织，在相关专业机构支持下成功举办了最早的无人机主题会展活动——“尖兵之翼中国无人机大会暨展览会”后持续推动无人机技术交流。高博特创新引领最早在深圳、上海、郑州等地发起举办无人系统会展赛飞活动，有力促进了我国无人系统整体技术进步和产业发展。

20年来，高博特始终坚持让科技更好地赋能产业的愿景；努力为行业企业搭建产业链高端交流平台，为科技转化为生产力服务。具体业务范围涵盖：信息情报、媒介传播、会展活动、招商加盟、品牌提升、咨询服务、产品中心等七大服务体系，长期服务于“军转民、民参军、军民融合”等国家战略。

2023年，高博特集买、卖、租、播、展、会、赛、培于一体的新型展厅项目即将启幕，该展厅旨在从深度对接的层面为各入驻企业一站式解决经营中面临的各项问题，企业租、卖的产品我们来、企业需要的品牌我们筑、行业顶尖的赛会我们办、行业急需的培训我们办。新的一年，高博特新模式、新服务、新平台，必将给各一直以来支持我们的朋友带来全新的体验。

更期待2023年4月12日至14日，与您相约“尖兵之翼——第十三届中国无人机大会暨展览会”，共聚中关村科学城四季科创中心。(详细内容可点击“阅读原文”）