MIT 水空两栖仿生机器人「机器海鹦」问世 300克即可潜海飞天

麻省理工学院（MIT）与瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的工程师团队于 2026 年 10 月 20 日在美国《麻省理工科技评论》期刊发表了一项仿生机器人新设计：一款重约 300 克、既能水下扑翼推进又能腾空飞行的水空两栖机器人。据 MIT 机械工程助理教授 Raphael Zufferey 透露，该团队已在日内瓦湖和实验室水槽中完成多轮验证，成功实现从水面跃起、短暂飞行、再入水采样的连续动作。这款被昵称为「机器海鹦」的扑翼飞行器，为海洋勘探工具的研发开启了全新的技术路径。

为何要模仿海鹦：水与空气的物理鸿沟

水的密度约为空气的 1000 倍，在两种介质中移动所需的动力学机制截然不同。传统无人机无法直接潜入水中，而水下航行器又无法飞行。然而，海鸥、海鹦等鸟类却能在空中翱翔、俯冲入水、水下捕食后再破水而出飞离。正是这种自然界的行为，启发了 MIT 与 EPFL 的工程师打造出一台能在两种介质间自由切换的机器人。据 MIT 科技评论报道，设计团队最初的目标并非创造新概念，而是验证「扑翼」这一古老飞行方式能否突破介质限制。早期原型机因为机翼过刚、扑动频率不足，始终无法在离开水面后维持高度，研究一度陷入停滞。直到团队转向柔性材料与更精细的翼面控制，才在实验室中获得突破。

核心设计：柔性翼、疏水涂层与可调尾翼

这台被称为「扑翼水空两栖飞行器」（FAAV）的设备，机身主体仅重约 300 克（约 0.66 磅），由中央机身、两片柔性翼和一根可操控尾翼构成。机体内置锂电池和一台防水电机，电机通过曲柄机构带动双翼以预设频率上下扑动，结构上最大程度减少了活动部件数量。翼膜表面覆盖了疏水性纳米颗粒涂层，能在出水瞬间迅速排掉水分，避免水膜增加飞行阻力。尾翼同样由电机驱动，通过改变倾斜角，使机器人能够在空中调节俯仰姿态，实现爬升、下滑以及从水面起飞的瞬间动作。Zufferey 表示，整个系统在设计层面刻意追求简洁，以便未来在恶劣海况中实地部署。

实验数据：70 度仰角与中等尺寸机翼是关键

研究团队在实验室水槽与日内瓦湖进行了多组对照实验，重点考察机翼尺寸、扑动频率与尾翼角度三组参数的组合效应。根据发表在《麻省理工科技评论》上的论文数据，最佳配置为中等尺寸机翼，其柔韧性恰到好处：既能在水中压缩扑动幅度以降低阻力，又能在空气里提供足够升力。实测数据显示，机器人所使用的扑动频率与飞行速度均接近真实海鸟的水平。在水面起飞阶段，机头需保持约 70 度的仰角，才能借助扑翼产生的瞬时升力完成「破水」动作。值得注意的是，尽管许多潜水鸟类会通过双脚划水辅助起飞，但实验证明这台机器人完全不需要任何脚蹼结构。以下是关键参数与仿生设计对比：

从水上起飞到空中巡航：两栖机器人的实战潜力

"我们的梦想愿景是让海洋学家、海洋生物学家以及沿海社区成员从船上或岸边放飞这台机器人，让它飞到感兴趣的区域——比如冰山、港口设施或鲸群上空，"Zufferey 对 MIT 科技评论表示，"它能够潜入水中进行测量或采集样本，然后再飞回来交付数据，成本仅为传统方法的一小部分。之后它还能再次出动，继续潜水采集。"Zufferey 还补充道，目前设计主要用于近海浅水区与开阔水域的数据高频采集。一个可预期的应用场景是极端环境探测：例如对冰川融水前锋、赤潮高发区或核电站冷却水排放口进行快速水样采集。由于机器人具备远距离飞行能力，它能够跨越传统无人船难以逾越的礁石、碎冰或污染区域，直接抵达目标水域上空再垂直入水。

研发挑战：转向翼、湍流条件与续航焦虑

尽管首轮实验成果乐观，但研究团队同时面临三个必须解决的技术瓶颈。首先是机翼目前只能上下扑动，尚无法实现灵活的扭转或偏航动作，这意味着机器人在狭窄水域（如桥墩之间）或复杂风场中的机动性仍然受限。其次，日内瓦湖实验属于相对平静的水域条件，团队尚未在碎浪、强风或暴风雨等恶劣环境下验证飞行稳定性。第三是能量效率问题：约 300 克的总重量中，电池与防水电机占据了很大比例，单次任务的飞行距离与连续潜水次数都受到续航限制。Zufferey 对此回应称，研究团队目前正在进行翼面扭转机构的新一轮设计，并且计划在比利时海岸的北海海域开展湍流条件实测，以收集更多动力学数据。

海洋科学的数据困境：为什么需要每小时采样

传统的海洋科学研究长期受制于数据采集的时空分辨率。调查船成本昂贵、航期有限，通常每隔数周或数月才能开展一次重复观测；固定浮标虽然能提供连续时间序列，却无法移动位置。据 Zufferey 介绍，目前的自动化采样平台要么难以跨越海气界面，要么无法在恶劣天气下作业。海域调查领域另一家主要新闻源——路透社（Reuters）援引海洋技术专家的分析指出，未来海洋观测急需能够在广域空间内频繁重复采样的低成本平台，而水空两栖机器人恰好补上了这一环。Zufferey 对 MIT 科技评论表示："海洋科学面临的一大挑战是同时实现高频次和广覆盖的数据收集，而这正是这台机器人未来所能做的事情。你不仅每周能派它出去，甚至可以每小时出动一次。它能高速飞出、潜入水中、飞回、交付数据、再出发，反复循环。"

产业前景与开放问题：仿生机器人何时走向商用

从实验室原型到市场应用，业界普遍认为仍存在一条漫长的技术鸿沟。法新社（AFP）报道证实，过去十年间多所高校尝试过水空两栖无人机研发，但绝大多数项目停留在概念验证阶段，主要障碍在于能耗、防腐和自主导航能力。MIT 团队的优势在于极简的结构设计与仿鸟飞行算法，使得制造成本显著低于传统可变构型无人机。不过，业内专家也指出，若想实现对鲸群的无干扰观测或极端海况下的搜救支援，传感器载荷、实时通信链路以及自主避障决策系统都必须同步升级。MIT 科技评论在报道中并未披露具体商业化时间表，但强调该原型机的模块化构造便于快速迭代。Zufferey 表示，团队将在未来 6 至 12 个月内完成对转向翼和抗风设计的验证，并同步寻找工业合作伙伴，推动这项技术从瑞士湖泊走向全球大洋。

Q1: 这台机器人为什么采用扑翼设计而不是旋翼或固定翼？

A1: 在空气中，固定翼和旋翼效率高，但一旦进入水中阻力骤增，常规螺旋桨会产生剧烈空泡效应且极易损坏。扑翼在两种介质中都能提供有效推力，且能通过调整扑动频率与翼面变形来适应不同密度。MIT 的研究团队通过仿生学观察发现，海鹦等鸟类正是利用扑翼完成了从水到空的介质切换，因此选择扑翼作为核心推进方案。

Q2: 它目前的测试距离和续航时间大概是多少？

A2: 目前还未披露精确的续航指标，但从公开数据看，机器人总重约 300 克、采用小型锂电池，预计单次飞行时间在数十分钟级别，入水作业时间更短。团队在日内瓦湖进行的实验中，主要验证了短距离内多次起降和采样的可行性，续航优化是下一阶段的重点研究方向之一。

麻省理工学院的这架扑翼机器人，以水空无缝切换的独特能力，为海洋探索提供了一种前所未有的低成本、高频次采样工具。从最初海鹦俯冲的灵感闪现，到如今在日内瓦湖上的成功跃起，仿生设计正在突破工程极限。随着转向翼系统与湍流测试的完成，我们有理由期待，这只「机器海鹦」将很快飞出实验室，潜入更广阔的蓝色疆域，为海洋科学和环境保护带来崭新的视角。