本周发表（biǎo）于《Science Robotics》的一篇论文（wén）中（zhōng），伦敦帝国学（xué）院的研发团队和AquaMAV公司的机器人（rén）专家展示了一种（zhǒng）水空两用的机器（qì）人（rén）。

这种机（jī）器人通过瓦斯爆炸产生的推（tuī）力从水中向空中移动，能够在（zài）空中（zhōng）上升到26米（mǐ），并以（yǐ）11米（mǐ）每秒的速度前进。

对于气（qì）动（dòng）式机器人来说，如何在需（xū）要大量压力的时候高效的按需产（chǎn）生气体，是一个（gè）挑战。现在，伦敦帝国学院的（de）研（yán）发团队（duì）通过爆炸产生推力的方式解决（jué）了这个问题（tí）。

一、爆炸（zhà）将无（wú）人机推向26米（mǐ）高空

其（qí）实（shí）早在ICRA 2015上，伦敦帝国学院的空中机器人实验室就提出了一个叫做（zuò）AquaMAV的多（duō）模态飞行（háng）游泳机器人的概念。

飞（fēi）行和游泳机器人真正困难的不是从空中到水中的（de）过程，因为即使机器（qì）人已经完全（quán）失去动力（lì），由于重力也可以落（luò）入水中（zhōng）。而从水中到空中，则需（xū）要更加（jiā）稳定的动力。

研究人（rén）员尽可能多的集中（zhōng）力量来（lái）解决这个问题，使用喷射推（tuī）进（jìn）将机器人迅速（sù）推出水（shuǐ）面。

2015年版本的AquaMAV，主要是一（yī）些（xiē）非常复古的电（diàn）脑效（xiào）果图和一些（xiē）硬件，使用一（yī）个（gè）小的（de）二氧化碳（tàn）缸来驱动（dòng）它的水喷射推（tuī）进器。这种方（fāng）法非常有效，但是压缩（suō）气体的存储和释放机制（zhì）的质量和复（fù）杂性对于一个长期自主（zhǔ）飞（fēi）行的机器人来（lái）说并不那么（me）实用（yòng）。

爆炸，是一种可以同时产（chǎn）生（shēng）大量（liàng）的加压气体的方法。以前也有机器人（rén）使用（yòng）过爆炸推力来移动，只要能正确（què）的控制爆（bào）炸，并产生燃料，这种方法就（jiù）是非常有（yǒu）效的（de）。

最新版本的AquaMAV后（hòu）部喷出的水（shuǐ）流是由瓦斯爆（bào）炸推动（dòng）的。气体来自机器人内部储存的少（shǎo）量（liàng）碳化钙粉末与水的反应。

水一滴一滴地（dì）与粉末混合，生产（chǎn）乙炔气体，将其（qí）与空气和水一（yī）起通过管道输送到燃烧（shāo）室（shì）中，点燃后乙炔空气混（hún）合物（wù）爆炸，迫使水流出燃烧室（shì），提（tí）供（gòng）51N的（de）推（tuī）力（lì），足以将160克重的机器人发射到26米高空，以每秒11米的（de）速度飞越水面。

每次爆炸（zhà）只（zhī）需（xū）要50毫克（kè）的碳化钙（gài），与3滴水混合就可（kě）以产生足够的乙炔。空气（qì）和水（shuǐ）都很（hěn）容易获（huò）得，机器人上可以携带0.2克的碳化钙（gài）粉末，它有足够的燃料进行多次跳跃（yuè），而且跳跃的力量足以让（ràng）机器人在相当恶劣（liè）的（de）海况（kuàng）下也能在（zài）空中飞（fēi）行。

二、调节机器人（rén）质心保（bǎo）持飞（fēi）行平衡

提（tí）供（gòng）足（zú）够的（de）推（tuī）力只是（shì）一（yī）个问（wèn）题，需要解决的问题还包括让（ràng）机器人在控制保持（chí）平衡的机翼。机（jī）器人本身（shēn）的总体设计也是一个挑战，因为机器人的最佳设计和平衡在每个操作阶段都（dōu）有很大不同（tóng）。

为了是AquaMAV在喷射阶段以稳（wěn）定（dìng）的方式飞行，质心必须在飞行器压力（lì）中（zhōng）心前方相当一段距离。 但是（shì），为（wéi）了在水面上（shàng）保持一个（gè）稳定的浮动位置和在喷（pēn）射（shè）过程中所需的角度，质心必须位于浮力中心的后面。

对于滑翔阶（jiē）段（duàn），为了确（què）保纵向飞行（háng）稳定性（xìng），必须在质（zhì）心和压力中心之间（jiān）达到（dào）良好的平衡。 在滑（huá）翔过程（chéng）中，质心应该从机（jī）翼的压（yā）力（lì）中心稍（shāo）微向（xiàng）前。

AquaMAV目前的版本，主（zhǔ）要针对飞行的喷射（shè）阶段进（jìn）行了优化，还没有任何主（zhǔ）动的飞行（háng）控制界（jiè）面，但研究人员乐观地认为，如果他们（men）增加一些（xiē），让机器人自主飞行就没有问题了。

目前AquaMAV还只是一架滑翔（xiáng）机，接下（xià）来，研发团（tuán）队将给（gěi）机器人安装一个低功率（lǜ）的螺旋桨。为（wéi）了实现（xiàn）水上和（hé）空中（zhōng）更有效的运（yùn）动（dòng），还将安装一个可切换（huàn）的（de）变速箱。

结（jié）语：飞行游泳机器人（rén）可用于水中取（qǔ）样任务

伦敦理（lǐ）工学院（yuàn）研发的多模（mó）态飞行游泳机（jī）器人，通（tōng）过（guò）化（huà）学反应（yīng）产生（shēng）的爆炸提（tí）供动能，可以（yǐ）使机器人从水（shuǐ）中上升到空中，并稳（wěn）定（dìng）飞行。解决了气动式机器（qì）人如何产生动能（néng）和如何在飞行中保持（chí）平衡的问题。

经过4年的潜心研究，AquaMAV已经具（jù）备了稳定（dìng）的飞行（háng）能力（lì），可以有效的（de）执行从水中到空中的飞行任务。

从长远来看（kàn），这样的机（jī）器人（rén）在大（dà）面积自动取样水样的任（rèn）务中会很（hěn）有用，如果能推出远（yuǎn）程控制的版本，将更加便捷，可以带到海（hǎi）滩上遥控使用。