国防科大扑翼机器人：984毫克飞4分钟，实现无缆定高悬停
“ 国防科大团队攻克亚克级飞行机器人集成难题。在微型机器人领域，如果把重量限制在不到1克，也就是亚克级，造出一台能飞的扑翼飞行机器人，是一项极具挑战的工程难题。因为重量极度受限，它无法携带大容量电池，也塞不进复杂的飞控芯片。为了让它离地，以往的方案往往只能妥协，要么做“系留飞行”，身后拖着供电线；要么靠地面激光持续照射
亚克级飞行机器人的集成难题，被国防科大团队攻克了。
微型机器人领域里，把重量压到不到1克这一档，也就是亚克级，还要造出一台能扑翼飞行的机器人，工程难度极大。
重量卡得这么死，大容量电池带不动，复杂飞控芯片也塞不进去。过去想让这类机器离地，办法基本都得妥协：要不做“系留飞行”，身后拖根供电线；要不靠地面激光一直照着供能，光源一挪开马上掉下来。稍重一点的2.1克版本，比如丰田Tobot-BAT，倒是装上了电池，可姿态控制完全放弃，只能算短时间的无控起飞。
短暂离地，和持续、稳定地自主飞行，在工程实现上差着好几个量级。
近日，国防科技大学微系统技术实验室与湖南MEMS研究中心的团队，在国际顶级期刊《Nature Communications》上发表了新款扑翼飞行机器人的研究成果。
整机重量只有984毫克，翼展6.8厘米。不接外部线缆、完全靠自带的3.7V锂电池供电，它持续飞了超过240秒（4分钟），最高飞到10米以上，还能定高悬停。
重量约束这么严苛，这款扑翼飞行机器人是怎么完成系统级集成的？
01.
靠“音叉”式共振，把振动转成升力
扑翼飞行机器人首先要解决高效动力输出。压电陶瓷片高频振动时，传统直线双驱结构容易带起机身共振，大量能量耗在机身无谓的振动上，升力因此受限。
代号“FwW-Fly”的这款机器人，用的是十字形四压电直驱V翼结构。核心原理借了声学里的“音叉振动模态”：四个正交分布的压电驱动模块对称振动，把机身的扭转与耦合损耗有效抵消掉。
原本内耗的振动能量，被这种设计转成了翅膀高效的“全周向扑动”。数据显示，有效扑动角达到13.3°；同等驱动电压下，最大升力是传统线性结构的2.55倍，能抬起1850毫克重物。
也就是说，飞行器机械本体（重389毫克）的升力冗余已经够用，可以承载电池与电路系统。
02.
173毫克微模组，撑起数百伏高压驱动
气动效率解决完，下一个门槛是驱动电路。压电陶瓷驱动器要上百伏高压，微型机器人身上却只有3.7V的微型锂电池。升压怎么做，电路又怎么做到极轻？
团队做出了一款毫克级高压驱动与控制电子系统（HVDCE）。双层柔性电路板面积只有9毫米×10毫米，重173毫克。前级反激升压加后级全桥逆变，把3.7V直流电变成200V-300V的交流正弦波，整体驱动效率达到45%。
这套系统还把单片机、蓝牙通信模块和一颗关键的ToF（飞行时间）激光测距传感器高度集成进来。高压驱动的问题解决了，扑翼飞行机器人的感知与交互中枢也一并有了。
03.
用“气动被动自稳”代替复杂算力
机体不到1克，再往里加复杂飞控算力极其困难。姿态稳定上，团队走的是“被动物理机制为主”的路子。
装上电池和电路后，机器人重心难免偏移。为抵消这种失稳，团队在顶部装了一根70毫米长的碳纤维阻尼臂，带圆柱形气动阻尼器。
机器人一旦倾斜，空气阻力会自然给出一个恢复力矩，把它推回竖直状态。这种纯物理的气动被动自稳设计，对主动控制算法的依赖大幅降低，也让机器人有了一定抗扰动能力。
姿态稳住了，还得感知高度。机身底部的ToF传感器以100Hz频率激光测距，飞控以50Hz频率动态调整驱动电压，形成闭环。实测中，扑翼飞行机器人在100厘米高度实现悬停，50厘米高度更是稳定悬停超过1分钟，高度没有明显漂移。
论文也点了当前的局限。驱动电路最小调压步进为5-10V，悬停时会有几厘米的上下波动；四个压电执行器存在微小物理差异，悬停时仍有缓慢偏航。不过放在亚克级系统下，这已经是系统级控制的重要进展。
04.
中国扑翼飞行机器人的差异化路线
这篇论文的主要突破，是跑通了“亚克级+无缆+定高”的系统闭环。看国内扑翼飞行机器人研究，不同顶尖团队按各自的重量与应用目标，已经走出清晰的差异化布局。
西北工业大学把重心放在30克至3公斤的仿鸟扑翼机器人上，关注真实羽毛翼面的气动设计、长续航，以及复杂环境里的工程化落地。最新推出的90克级 NPU-Sparrow 采用仿生羽片尾翼配合翼尾协同，把巡航效率和机动能力同时顾上，这也是该团队朝微型化、敏捷飞行方向走得最新的一步。
这款微型扑翼机器人出自西北工业大学航空学院宋笔锋教授团队，名字就叫 NPU-Sparrow。
上海交通大学走的是两头并进的路子：一头是极限微缩，做出了<100毫克级别的微型起飞与力矩控制研究；另一头是形态仿生，600克级、带真实羽毛翼面的高机动扑翼机器人也已问世。
清华大学更看重新材料与多元驱动。26克级的仿蝴蝶机器人是一个例子，用200毫克级介电弹性体（人工肌肉）实现悬停的研究是另一个，机器人的驱动边界因此被拓宽。
国防科技大学则长期扎在亚克级无缆系统集成上。机械结构、高压电路、被动稳定和传感闭环，全被塞进不到1克的系统里，这算是该重量级下无缆持续飞行的一种工程解法。
05.
未来与结语
早先只能靠外部激光短暂离地，如今自带电池就能稳定飞上数分钟。亚克级扑翼飞行机器人总算甩掉了线缆，迈过从实验室演示通向实用化探索的那道门槛。
眼下，闭环定高状态下它的功耗约为634毫瓦，电池续航大约125秒，离长时间自主作业还有不小差距。不过这项研究已经证明，系统级集成这条路走得通——不到1克的躯壳里装下电池、电路、传感器，还能稳定飞行，工程上完全做得到。
往后看，电池能量密度往上走、芯片级电路设计引进来，这种能在狭小空间里干活的扑翼飞行机器人，有望在灾后搜救、受限空间巡检等场景中，承担大型机器人替代不了的任务。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-026-78914-x
