鸽子无处不在，肌肉发达，自然适合应对建筑物之间吹来的阵风。《Science》和《Science Robotics》杂志分别刊登了来自斯坦福大学的两篇论文，在这两项研究中，研究者揭示了鸟类是如何通过调整翅膀形状来控制飞行的。他们为一个叫做PigeonBot的飞行机器人装上一款半生物半机械的可变形翅膀鸽子，PigeonBot巧妙地将传统飞行器的可靠要素与进化的可靠要素相结合。该项目的研究人员并未试图制造像鸟一样拍动的机器，从工程的角度来看，这将很难完成。

斯坦福大学机械工程学助理教授戴维·伦特恩克（David Lentink）在《科学机器人》杂志指出：“我真的很想了解鸟类如何改变其翅膀的形状。”

以前的飞机机翼等翅膀不同，斯坦福研究者开发的这款翅膀是用真的羽毛做的。插上这双翅膀的鸽子无人机不仅能在天空滑翔，还能在空中通过收缩、伸展翅膀完成转弯、爬升等动作。

鸽子机翼，每侧可容纳20根羽毛。它们是白色的，因为它们来自食品级鸽子。为了将羽毛固定在人工翼上，工程师们使用了正畸橡皮筋。

PigeonBot的混合翼让人了解到将生物材料与机器人技术结合起来的细微差别。羽毛来自于高品质的鸽子，而当所有的羽毛都来自同同一只鸟时仿生无人机的效果最佳。为了控制仿鸽无人机，团队提供了PigeonBot电机，可以调节每个人造翼和在两个不同关节处连接的飞行羽毛。然后，研究人员可以使用遥控器移动机翼，从而使鸽子羽毛翼转动并倾斜。这模仿了真正的鸽子在空中控制其轨迹的方式，尽管仿生鸽子的翅膀没有真正的禽类拥有所有的活动关节和自由度。

所有的四足动物，包括恐龙，都是从四肢末端有五个手指的祖先演变而来的，随着时间的流逝，它们变成了手，爪，鳍状肢或翅膀，现代鸟类保留了三个爪或手指。Lentink说：“我们确定鸟类可以独自操纵手指般的羽毛。” 实际上，鸟的翅膀和人的手臂具有一些基本的结构相似性：例如，一个翅膀具有肱骨，radius骨和尺骨。而且在每个翼尖，它们都有类似手指的解剖结构，可以移动大约30度，以微妙的运动控制其飞行。

通过研究风洞中的鸽子翅膀，研究人员发现鸟类腕和爪的动作可以很好地控制羽毛的位置，翼展和面积。在飞行测试中，鸟类手腕和手指的操纵引发了小角度的稳定转弯动作，研究人员说，这提供了一些最初的证据，证明鸟类主要使用这些精巧的数字语言来操纵飞行。

实验表明，PigeonBot确实能使用不对称机翼变形进行转弯。同时PigeonBo也可以t使用对称机翼变形操纵空气流向实现飞行。

研究小组还研究了鸟类如何使翅膀变形的机理，鸟类羽毛的单独控制更多的是自动而不是手动。而且，羽毛上微小的微观结构形成了一种单向尼龙搭扣式的材料，可以使这些羽毛形成一个连续的曲面，而不是一堆互不相连的曲面。真实的鸟类翅膀是非常灵活的，可以改变形状，大多数鸟类都可以将翅膀向后折叠，以此来减少表面接触面积。这样一来就可以根据飞行状态灵活切换，长翼用来高飞和转弯，短翼用来调整速度。

与之前的研究不同，斯坦福的研究者没有将精力花在制造仿真羽毛上，因为他们觉得与制造羽毛相比，更关键的是如何复制一双灵活的翅膀，即模仿鸟类翅膀的内部结构和运动机制。这款鸽子机器人重 280 克，翼展 80 厘米，翅膀上有 40 根羽毛。但是，该机器人的推力靠的并不是翅膀，而是安在前方的推进器，羽毛翅膀用来控制方向和操纵。

鸽子机器人羽翼主体包含四部分：肱骨、桡骨、尺骨和前肢。使用真实羽毛解决了羽毛的制造难题，但需要想出一种方法来协调所有羽毛之间的复杂关系，正是这种相互作用在控制着真实鸟类的翅膀形变。

整体羽翼架构包含一个螺旋桨驱动的仪表板和一个欠驱动的真实羽毛变形翼

将羽毛结合到飞行器中也需要一些独特的维护。他说：“如果它们被弄皱了，您可以装扮它们。” 通过这种方式，他意味着用手使它们变光滑，这与鸟类自夸的方式不同，它们利用喙将油撒在羽毛上，从而增强并防水。

当机翼膨胀时，它锁定在一起，然后随着机翼收缩而再次滑落，加强了机翼并使其抵抗湍流。他们发现这种结构存在于除猫头鹰以外的大多数其他鸟类中，这使它们可以更安静地飞行。Lentink补充说，类似维可牢尼龙搭扣的结构（其技术名称为“叶状纤毛”）可能具有广泛的应用，例如医疗和航空航天，他和同事们将其视为未来的研究领域。

鸽子无人机借助自己的混合系统进行操控，而推力和额外的稳定控制来自推进器和传统型尾翼。这个鸽子无人机的翻转可以仅通过翅膀上的指关节运动来控制，而且这项技术比传统飞行器用到的副翼横滚要稳定得多。

气动模拟中羽翼的不对称变形可以使鸽子做出耦合横滚和反向偏航等动作在这种独特的羽毛机和实际飞机之间还有一些相似之处。商用和军用飞机在一定程度上改变了飞行中机翼的形状。例如，在起飞和降落期间，一架类似波音747的客机飞行员将伸展机翼上的襟翼和板条以产生更大的升力，而诸如副翼的运动表面则使飞机可以滚动和转弯。然后是F-14雄猫，它有机械复杂的机翼，可以在飞行中向前或向后改变位置。但是，这没有什么比得上是真正的飞鸟，它具有自然的技巧来拍打和调节翅膀。

Lentink仍然确信，未来的飞机可以通过结合鸽子和其他鸟类的经验，利用变形机翼（也许每个机翼的一部分会以某种方式弯曲）。“您不会看到像我们的机器人那样的羽毛状飞机，但是您会在其中发现智能材料，这些材料具有相似的特性，可以更好地满足工程约束，并且可以实现比当前飞机更多的鸟类功能。”

鸽子无人机在空中滑翔

鸽子无人机通过羽翼的收缩、伸展完成转弯、爬升等动作