近期，北卡羅來納州立大學的研發團隊開發了一種節能的軟體機器人，名為“蝴蝶機器人”，顧名思義，這一機器人的游泳動作很像蝶泳，而且速度極快，據悉，它的游泳速度比之前出現的游泳軟體機器人快四倍以上。該項研究以論文“Snapping for high-speed and high-efficient, butterfly swimming-like soft flapping-wing robot”為題于近日發表于《Science Advances》期刊上。

研發團隊開發了兩種不同類型的蝴蝶機器人。一個專為速度而打造，能夠達到每秒 3.74 個身體長度的平均速度。另一個被設計成高度機動的，能夠向右或向左急轉彎。速度可以達到每秒 1.7 個身體長度的速度。

在動物界，蝴蝶飛行的動力來自其“翅膀”，它們是“雙穩態”的，這意味著翅膀有兩個穩定狀態。翅膀扇動的軌跡類似于數字8，這與蜂鳥和黃蜂翅膀的軌跡非常類似。

機器人想要為現這種復雜軌跡，往往需要很多復雜的連接結構來組成傳動系統。機器人通過驅動來上下彎曲身體，從而帶動兩翼的突跳（snapping）快速上下擺動與旋轉，通過驅動器的充放氣使得翅膀在往上和往下彎曲的狀態來回切換。

整個切換的過程通過突跳實現，突跳可以把積累的能量迅速釋放，使得軟體機器人瞬間加大游速。與此同時，輸入整個系統的能量反而降低，因此使得軟體機器人同時具備快速和高效兩種優勢。隨著游動，軟體機器人的整個身體還會呈現波狀起伏，像極了人類在蝶泳時由頭部到軀干的波狀起伏。不同的是，這種軟體機器人不論是向下扇動還是向上扇動翅膀，都能獲得巨大的推力。

這種軟體機器人擁有獨特運動優勢的同時也存在不足，但是它只能實現單向向前游泳。為了解決這一局限性，研發團隊們進一步開發了更快的蝴蝶機器人——一種能夠定向轉向的機動撲翼游泳機器人。

該機器人由一個多穩態軟撲動執行器構成，兩個軟氣動彎曲執行器在中間并聯連接作為軟體，帶有包裹薄膜和延伸柔性鰭的兩個雙穩態機翼既可以在單一驅動下獨立拍動以進行轉彎運動，也可以在雙重驅動下同時拍動以進行前進運動，從而提高機動性。

“以前開發撲翼機器人的大多數嘗試都集中在使用電機直接為機翼提供動力，”團隊的研究人員表示。“我們的方法使用通過移動中央主體被動驅動的雙穩態機翼。這是一個重要的區別，因為它允許簡化設計，從而減輕重量。”