設計精巧的超輕仿生蜜蜂

BionicBee 重約 34 公克，長 22 公分，翼展 24 公分，是目前仿生學習網絡中最小的飛行物體。在研發過程中，開發人員首次採用了衍生式設計方法：只需輸入少量參數，軟體就會根據定義的設計原則，設計出最佳結構，進而以最少的材料實現最穩定的結構。這種一致的輕量化設計，對於實現出色的機動性和飛行時間極為重要。

狹小空間內整合了多種功能元件

這種「蜜蜂」的內部構造非常精巧，整合了翅膀搧動機構、通訊技術元件和控制元件，用於搧動翅膀和調節翅膀的幾何形狀。我們採用了能夠節省空間的構造，當中安裝了一個無刷馬達、三個伺服馬達、電池、減速機和各種電路板。馬達與機械裝置可實現智慧協同作用，進而精確地調節翅膀搧動頻率來完成不同的動作。

具有四個自由度的自然飛行動作

這種人造蜜蜂的飛行頻率為 15 至 20 赫茲。飛行時，它的翅膀會 180 度來回拍打。精確且超輕的受控機械結構可控制內部的無刷馬達，流暢地驅動振翅機構。馬達轉速越高，振翅頻率和升力就越高。蜜蜂的翅膀根部安裝了三個伺服馬達，能夠目標式地改變翅膀的幾何形狀，以提高特定翅膀位置的效率，進而目標式地調整所產生的升力。

如果蜜蜂要往前飛，就會適當調整翅膀的幾何形狀，使翅膀後端的升力大於前端。在這種情況下，蜜蜂的身體會向前傾斜（俯仰），並開始向前飛行。如果將幾何形狀調整為右邊翅膀產生的升力比左邊翅膀大，那麼蜜蜂就會繞著縱軸向左滾動（翻滾），並從側面飛走。此外還能將幾何形狀調整為一片翅膀在前面產生較大的升力，另一片翅膀在後面產生較大的升力。這樣就會使蜜蜂圍繞垂直軸轉動（偏航）。

自主集體飛行

這 10 隻蜜蜂能夠自主行動的原因在於採用了超寬頻技術 (UWB) 的室內定位系統。為了建構該系統，我們在室內分兩層安裝了 8 個 UWB 錨點。這樣就可以精確測量運行時間，而且蜜蜂能夠確認自身在該空間中的位置。UWB 錨點會向每隻蜜蜂發送訊號，而這些蜜蜂會單獨測量與對應發射元件的距離，並且可利用時間戳記計算出自身在空間中的位置。

仿生蜜蜂跟隨中央計算機設定的路徑實現為了集體飛行。為了在緊密隊形中安全、無碰撞飛行，需要具有足夠高度的空間和精確的時間。在規劃路徑時，也必須考慮到由於空氣渦流（「下衝流」）可能產生的相互作用。

由於每只仿生蜜蜂都是手工製造，即使是極微小的製造差異也可能影響飛行性能，因此這些仿生蜜蜂也配備了自動校準功能：經過短暫的測試飛行後，每只仿生蜜蜂會確定其單獨優化的控制參數。透過這種方式，智慧演算法能夠計算出各個仿生蜜蜂之間的硬體差異，因此可以從外部控制整個蜂群，如同所有仿生蜜蜂都是相同的。

在研發 BionicBee 的過程中，我們的開發人員充分利用了先前在各種仿生專案中累積的知識和經驗。這些知識也可應用到仿生學習網絡這個大框架下發展出的一系列仿生飛行器。15 多年以來，我們一直在觀察大自然，從中推導出技術基本原理，然後在此基礎上設計研究技術載體。您可瀏覽下列頁面，大致瞭解我們的研發成果。