5、空中与水下的合成运动：机器人的多模式探索

空中与水下的合成运动：机器人的多模式探索

1. 从自然中汲取的设计灵感

自然界为解决飞行和游泳的生物力学冲突提供了诸多范例。例如，在考虑可部署性时，某些生物的结构具有独特优势。与鸟类和蝙蝠的翅膀相比，它们的翅膀结构在根部完全驱动，且没有内部肌肉组织，而鸟类和蝙蝠的翅膀结构比目前的驱动和传感技术所能实现的要复杂得多。

在水生鸟类中， plunge diving（俯冲入水）的鸟类在适应水生环境后，飞行能力受影响最小。它们的着陆策略稳健、简单，无需额外的推进力或中性浮力就能穿透水面。以鲣鸟为例，其俯冲入水的方式在机械设计可行性和控制复杂性方面，代表了一种稳健且实用的入水策略，就像鱿鱼的喷射推进系统是一种有效的起飞方式一样。

俯冲入水的方式避免了软着陆的复杂性。采用这种方式的飞行器所需的着陆面积最小，只需一个GPS航点就能在已知水深的区域执行着陆。通过改变初始俯冲高度可以控制俯冲速度，从而适应浅水环境。为了实现有效的俯冲，折叠翼至关重要。鲣鸟在入水时将翅膀完全向后扫的策略，是一种机械上简单的实现方式。理想情况下，这种机翼折叠系统的设计应使折叠机翼时，浮力中心移至质心后方，这样在浮力作用下俯冲将保持稳定；而在俯冲结束时，展开机翼会使浮力中心前移，使飞行器机头朝上以便起飞。

以下是一个简单的流程图，展示俯冲入水飞行器的工作流程：

graph LR
    A[飞行状态] --> B[准备俯冲]
    B --> C[折叠机翼]
    C --> D[俯冲入水]
    D --> E[水下行动]
    E --> F[结束俯冲]
    F -->