由麻省理工学院（MIT）与洛桑联邦理工学院（EPFL）科研团队联合开发的一款新型机器人成功实现了在水下游泳、潜水以及从水面直接腾空飞行的全过程。这一成果标志着人类在打造能够跨越多种介质的机器人领域取得了重大突破。
Nach Angaben des Forschungsteams wiegt der Roboter etwa 250 Gramm und ist insofern einzigartig, als er Wasser-Luft-Übergänge vollständig durch Flügelschläge vollziehen kann, ohne dass Propeller, Beinstützen oder komplexe Faltmechanismen erforderlich sind. In der Natur können etwa 100 Vogelarten frei zwischen Wasser, Land und Luft wechseln, tauchen, um Nahrung zu fangen, und direkt vom Wasser abheben. Dieser Roboter ist die erste technische Reproduktion dieser natürlichen Fähigkeit.
Da die Dichte von Wasser etwa 800-mal höher ist als die von Luft, ist es für herkömmliche Roboterkonstruktionen äußerst schwierig, diesen enormen Unterschied im physikalischen Widerstand zu überwinden. Zu diesem Zweck hat das Forschungs- und Entwicklungsteam ein flexibles Flügeldesign übernommen und eine präzise Steuerung der Schlagfrequenz erreicht. Unter Wasser können sich die Flügel passiv um 90 Grad biegen, wodurch die Motorbelastung deutlich reduziert und der effektive Schlagweg eines einzelnen Schlags verkürzt wird. Die Schlagfrequenz wird auf 0,1 bis 6 Mal pro Sekunde gesteuert; In der Luft kann dieselbe Flügelstruktur mit einer Frequenz von 11 Mal pro Sekunde schnell schlagen, um den Flug aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus verfügt der Roboter über einen neutralen Auftrieb und schwimmt nicht im Wasser auf und ab, wodurch effektiv wertvolle Energie gespart wird.
最具挑战性的环节莫过于从水面腾空而起的一瞬间。为了克服阻力，机器人需要在不到一秒的时间内通过8至10次翅膀拍打迅速跃出水面。实验表明，这一过程对环境参数要求极高：机翼需要具备适中的刚性，尾翼需紧贴机身，且起飞时的出水角度需控制在70度左右。若角度过平，尾翼会产生阻力，若过于垂直，机器人则容易翻倒跌回水中。
Diese Forschung demonstriert nicht nur hervorragendes technisches Design, sondern bietet Biologen auch ein physikalisches Modell zur Beobachtung tauchender Vögel. Untersuchungen weisen darauf hin, dass Vögel ihre Flügelspannweite unter Wasser möglicherweise nicht nur verkleinern, um Energie zu sparen, sondern auch, um höhere Geschwindigkeiten zu erreichen. Gleichzeitig zeigen Daten, dass Fliegen energieeffizienter ist als Schwimmen, wenn ein einzelner Flug mehr als 15,5 Meter beträgt, was mit der Logik übereinstimmt, dass Vögel bei langen Strecken lieber fliegen als tauchen.
Derzeit befindet sich der Roboter noch in der Labortestphase, und künftige Forschung und Entwicklung werden sich auf die autonome Navigation, die Verbesserung der Anpassungsfähigkeit an die Meerwasserumgebung und die Erhöhung der Ausdauer konzentrieren. Es wird berichtet, dass die Herstellungskosten des Roboters etwa 300 US-Dollar betragen und das Team die CAD-Designdateien als Open Source bereitgestellt hat. Projektleiter Raphael Zufferey, Assistenzprofessor für Maschinenbau am MIT, sagte, die Vision bestehe darin, Ozeanographen, Meeresbiologen und Küstengemeinden die Nutzung dieser kostengünstigen „Amphibiendrohne“ zur Umweltüberwachung, Probenentnahme oder Beobachtung von Meereslebewesen zu ermöglichen. Relevante Forschungsergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Science veröffentlicht.