本文转自：科技日报科技日报记者李禾如果看到虫子|昆虫飞行角度由什么肌肉控制?南洋理工大学研究有了新发现本文转自：科技日报

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科技日报采访人员李禾
如果看到虫子，先别急着拿拖鞋打，因为那可能是一只被改造过的“机器昆虫” 。

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昆虫拥有令人惊叹的运动、弹跳和飞行能力，许多科学家从昆虫的生理机制中汲取灵感，已经开发出不少仿生机器人，例如Festo的蝴蝶机器人、仿生蚂蚁等。这些仿生机器人致力于模仿动物的生理机制，但其实还有一种更高效的方式，那就是直接以生物为基础打造机器人。
新加坡南洋理工大学的团队早在2015年就对“半机器半昆虫”进行研究，研发出了世界上最小的机器昆虫。他们给活体甲壳虫背上“电子背包” ，通过刺激甲壳虫的触须或肌肉控制它们行走或飞行，并且不会影响昆虫的寿命。

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然而，完全控制甲虫飞行并不是易事，需要激活多个飞行肌肉的能力。南洋理工大学和德国弗莱堡大学近期在期刊《类生命系统》（CyborgandBionicSystems）发表了最新研究，证明了甲壳虫的翼下肌肉对于飞行时的俯仰和偏航、翅膀的阻力与升力等具有关键作用，这个发现可以让机器甲壳虫的飞行具有更复杂的机动性，例如悬停、栖息和扫视。

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研究人员使用了一种大型的花甲虫，即乌干达角金龟作为实验对象，它具有敏捷的飞行能力，坚固的硬壳可保护自己免受碰撞，也能承受“电子背包”的负载。

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“电子背包”由一个小型的微控制器、九轴IMU、接收和发送器组成，微型I/O接头可以连接电极，整个设备由微型锂电池供电， IMU用于测量方向和运动。这个背包重1.6g左右，几乎不会影响甲壳虫的飞行速度。

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在飞行中，甲壳虫主要使用三种肌肉来控制翅膀的运动学：基底、翼下和第三腋下巩膜(3Ax)肌肉。在之前的研究中，通过刺激甲壳虫的基底肌肉和3Ax肌肉，已经实现了对甲壳虫转向控制，但对翼下肌肉的研究尚未开展。

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从解剖学上讲，翼下肌肉的收缩会压低甲壳虫的翅膀后缘，从而增加翅膀的旋转角和迎角，导致翅膀产生的推力减少和升力增加，这种变化可以改变身体角度。
于是，研究人员在甲壳虫的翼下肌肉中植入电极，再让它背上“电子背包” ，将背包与电脑进行无线连接，就可以远程发送指令，产生电刺激信号，作用于翼下肌肉，甲壳虫就能乖乖地改变飞行方式。

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在甲壳虫的飞行实验中，它们不受限制，可以在一个较大空间内自由飞行，研究人员在飞行环境中设置了3D运动捕捉系统和红外线摄像机，用来自IMU和运动捕捉数据的反馈闭环控制回路进行飞行控制。

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实验结果证明：刺激单边的翼下肌肉会让机器甲壳虫该测的俯仰角从5度增加到22度，侧偏航角从2度逐渐增加到17度。同时，其水平加速度降低，垂直加速度增加，这表明机翼的阻力和升力的增加。

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