图说：蝉动力飞机、关苍蝇“引擎”的笼子，以及苍蝇飞机拼成的“同济”字样。同济大学航空航天与力学学院微小飞机实验室供图

图说：实验室中蝉标本拼成的飞机LOGO。同济大学航空航天与力学学院微小飞机实验室供图

　　【新民晚报·新民网】插着微电极的天牛、精巧的苍蝇笼、身披芯片的知了、蝉标本组成的飞机LOGO、拖着小纸飞机的黄蜂、苍蝇飞机拼成的“同济”字样……在同济大学航空航天与力学学院微小飞机实验室里，人们脑海中昆虫的形象全变了样。同济大学微小飞机实验室沈海军教授小组近日在昆虫动力微型飞机方面开展了一系列研究，成功放飞了苍蝇动力飞机，探索了黄蜂动力飞机的可能性。

　　最近，他们又研制出了一枚巴掌大小的蝉动力微型飞行器，并在人工遥控蝉的行为研究方面获得成功，在昆虫动力飞机技术与应用上迈出了一大步。

　　奇特的蝉动力遥控微型飞机 

　　蚱蝉，属同翅目，广泛分布于我国东部、南部及中西部地区。蚱蝉又名熊蝉，因膀大腰圆，体格健壮而得名。最近，沈海军小组研制出了一架奇特的昆虫动力遥控微型飞机样机，动力使用的就是这种蚱蝉。之所以选择蚱蝉作为引擎，除了考虑到该“引擎”动力强劲外，还考虑到这种蝉具有较大的体形，方便遥控接收器的加装。

图说：蝉动力遥控微型飞机样机。同济大学航空航天与力学学院微小飞机实验室供图

　　该微型飞机的“引擎”是一枚雌性蝉成虫；蝉体长约4厘米，展长12厘米，体重约为3.7克。飞机的机体骨架为轻木，用0.4毫米的碳纤维薄片加固；飞机采用大三角翼设计，主机翼后掠角45度，单垂尾，以保证飞机航向及横向的稳定性；飞机机翼用0.06毫米厚的塑料薄膜做蒙皮，翼展12厘米，飞机总身长（包括蝉）约11厘米；蝉“引擎”前置于三角翼机体的最前方，整个飞机的重量为6.8克。

　　该蝉飞机的控制系统，即遥控接收器被安置于蝉的背部上方，由红外接收灯、芯片、贴片电阻等元器件组成，通过一颗超小型高能量纽扣锂电池供电，纽扣电池的直径约为4.5毫米，厚约1.5毫米。接收器采用三通道模式，由红外遥控器遥控。接收器的两个通道用来控制蝉的“航向”，即向左和向右；另一个通道用来控制蝉“引擎”的启动与加速。

 　　初步的动力测试结果表明，和苍蝇飞机一样，蝉动力飞机也具有极高的推重比（推力和飞机总重之比），大于2.0，约为美国先进四代战机F22的两倍。

 图说：研究组正在给蝉加装接收器。同济大学航空航天与力学学院微小飞机实验室供图

　　蝉行动遥控获得成功 

　　遥控技术是昆虫动力飞机成功研制与推广应用的关键。试想，如果能够自如地远程控制一架极其微小的苍蝇、黄蜂或着蝉动力飞机，那么，情报、信息的收集与输散，以及微生物的传播等就会增添一种全新的隐秘途径。为此，沈海军小组对蝉的地面行为无线遥控展开了实验研究。值得一提的是, 一位小”组员”利用暑期也参加本次科研活动，她就是年仅16岁的北郊中学高一学生沈玉清。

　　研究小组每天要做的第一件事就是收集蝉的活体。组员们必须天一亮就起床，巡回校园的每个角落，收集前一天夜里落树的蝉。

　　要遥控蝉，必须了解蝉的体征和构造。每天上午，研究组要对收集来的每一个活体蝉进行称重，测量翼展、身长等特征尺寸数据，甚至对一些蝉典型部位的壳下电阻率进行测量。为了准确定位蝉体内控制翅及腿部运动的肌肉，研究组还用激光切割机为蝉做了”切片手术”。”手术”发现，蝉胸部的肌肉群分为左右两块，分别控制蝉左右腿和翅膀的运动，胸中间是一条大“鸿沟”。

 图说：蝉按照遥控指令前行。同济大学航空航天与力学学院微小飞机实验室供图

　　了解蝉的构造后，接下来就是手工电刺激试验。实验中，研究组决定手工对蝉的左、右胸以及尾部等三个部位分别进行电刺激。实验结果发现，在脉冲电压的作用下，刺激蝉的左胸，蝉会右拐弯，并伴随左翅膀的抖动；刺激蝉的右胸，蝉会左拐弯，右翅膀颤动；刺激尾部时，蝉迈步加速前进。

　　随后做的是蝉遥控电刺激试验，即蝉的行为遥控实验。为此，研究组的王旭和于本泽基于课题组前期的微小飞机红外三通遥控/接收设备，对其中的接收器电路进行了改造，并在其油门、升降舵、方向舵输出端各增加了一对微电极。改造后的接收器被加装在蝉的背部，三对电极分别用来刺激蝉的左、右胸以及尾部，通过遥控器的三个通道控制其电压输出，进而操纵蝉的左拐弯、右拐弯，以及启动和加速。

　　8月8日，课题组正式对一枚体格健壮的雌性蝉进行现场测控。实验显示，遥控器就像一只无形的手，驱赶着蝉按照操纵者的意志行进。

 昆虫动力飞机应用 还有很长的路

　　面对残酷的生存法则，苍蝇、黄蜂、蝉等昆虫练就了高超的飞行技能，已成为自然界中的飞行高手。有人会问，给这些飞行高手身后拖一个飞机机体，是不是有些画蛇添足？答案是否定的。昆虫飞机的机体实际上是一个“搭载平台”，可书写并传递文字、情报，也可通过机体材料表面改性, 吸附并散播微生物或信息素；这就好比善驮马匹后面的马车一样。

　　由于技术封锁，美国高端的昆虫飞机研究对普通老百姓来说，是如此的遥远和神秘，就像《西游记》中悟空摇身一变的苍蝇。同济大学在昆虫动力飞机技术与应用方面迈出了一步，但离实际的应用，仍有很长的路要走,还存在一系列的技术难题急需要克服。

　　首先是接收设备与能源问题。昆虫动力飞机上，一切都要很轻，故接收设备要高度集成化，电池要足够小且能量持久。

　　二是飞行遥控。昆虫飞机飞行遥控时的状况要远比地面昆虫爬行遥控复杂得多，许多意外因素必须充分考虑，这样才能保证飞机飞行遥控的可靠性。

　　三是远程定位与程序遥控。未来昆虫动力飞机要取得实际应用，必须借助全球定位系统进行跟踪，并不断发出遥控指令。

　　四是昆虫引擎与飞机机体的匹配。也就是说，所设计的飞机机体既要满足“搭载平台”的要求，同时又要符合空气动力学原理,不要给“引擎”增添过重的负担。

　　总之，只有上述技术一一被攻克，昆虫动力飞机才能取得实质上的推广和应用。