世界上没有两片相同的雪花，树枝亦然。树枝的大小、形状和纹理各不相同，有些可能是湿的，有的布满苔藓，有的长满枝丫。然而，鸟类几乎可以在任何一种树枝上停落。这种能力引起了美国斯坦福大学的研究者马克·卡特科斯基（Mark Cutkosky ）和大卫·兰亭克（David Lentink）的极大兴趣。

Cutkosky实验室、Lentink实验室通过深入研究鸟爪的构造和着陆机理，研发出一套名为“Stereotyped Nature-Inspired Aerial Grasper (SNAG)”的仿生机械鸟爪系统，并将其安装在旋翼无人机平台上，构造出一个既能在任何复杂表面上起降，又能动态抓取不规则物体的空中机器人，这一创新对于鸟类的生物学研究和无人机的工程应用来说都是极大的突破。

近期，山东先进院人机智能协同系统研究中心穆新星博士成功复现并优化仿生无人机，大幅提高了仿生无人机的飞行性能，扩展了其应用范围，取得了良好的成效。

近年来，无人机技术和机器人技术飞速发展，仿生无人机作为二者的结合产物成为了研究领域的热点对象，由于新颖的外观设计，独特的性能优势，在军事侦察、科技教育、环境监测、影视拍摄、流量监控、安全巡逻等领域有着广泛的需求空间。作为一种借鉴生物飞行特点设计的新型无人机，仿生无人机往往具备可扑动的翅膀，可调节方向的尾翼等仿生结构（图1）。

图1   仿生结构设计示意图

(a)信鸽生理结构示意图  (b)翅膀收合结构示意图  (c)尾翼收合扭转结构示意图  (d)仿生鸟爪结构示意图

通过对鸟类生理结构所具有的功能原理和作用机理进行研究，设计翅膀驱动结构和双侧独立收合结构，尾翼收合和扭转结构，通过设计机器人结构自由度进一步提高仿生程度，在多自由度仿生结构基础下，探究结构尺寸参数对仿生侦察机飞行性能的作用关系，优化仿生结构的能量利用效率，提高机器人飞行机动能力。同时，结合鸟爪结构设计，探究仿生无人机降落停歇和自主起飞的自稳平衡算法，提高环境适应能力和续航能力。

图2   仿生视觉感知系统结构示意图

此外，结合航拍视觉双轴云台结构设计，将微型航拍摄像头集成于机体头部，实现视频图像信息的采集，基于视频消抖的图像处理算法，提高航拍视频质量，实现目标的识别跟踪功能（图2）。

基于博士期间研究成果，穆博团队已搭建仿生侦察无人机，其最大续航时间≥50分钟，最大负载能力≥100g，可搭载GPS、微型航拍摄像头、图传模块和数传模块，能够实现定点航拍侦察任务（图3）。

图3 已搭建仿生扑翼机器人系统拆解图

该样机参照猎隼实际尺寸设计外形参数，考虑了猎隼翅膀弧面特性和扑动翅膀折叠特性，设计了刚柔耦合弧面折翼结构，由翅膀扑动产生前向动力和向上的升力，由双侧尾翼差动控制实现姿态的自稳调节；同时借鉴生物间歇扑翼飞行的特点，采用棘轮棘爪的结构变体设计了扑滑切换结构，能够实现扑翼模式与滑翔模式的自由切换，提高空气动力学效率。

研究初始阶段，无人机技术未能在仿生飞行模式下取得突破，经过一段时间的调研，研究团队另辟蹊径，从模仿到精进，实现了技术创新和价值创新。

研究团队拟对现有样机进一步优化，缩小无人机尺寸，采用螺旋桨+扑翼的复合驱动方式，提高整机的负载能力和续航时间。