《Nature Communications》：Hand-like autonomous flying robot for airborne grasping and interaction
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本研究针对现有飞行机器人存在的体积大、负载重、末端执行器扭矩干扰和功能单一等问题，受人类手部生物特性启发，开发出集飞行与抓取于一体的类手型机器人。通过构建自主任务规划与多级自适应控制框架，实现了精准抓取、森林栖息、狭空间穿越等复杂操作，并在户外测试中验证了其在物流运输和人机协作领域的应用潜力，为集成化空中作业系统提供了新范式。
鸟类凭借卓越的飞行敏捷性与环境交互能力，能够完成空中捕猎、栖息和筑巢等复杂任务，这为开发具有类似操控能力的高级飞行机器人提供了灵感。然而，现有飞行机器人平台常面临体积庞大、负载过重、末端执行器扭矩干扰以及功能有限等挑战，严重限制了其实际应用。受人类手部的生物结构与驱动特性启发，研究人员开发了一种类手型机器人，将飞行与抓取功能集成于一体，展现出结构紧凑、飞行敏捷和操控多样化的协同优势。
为突破现有技术瓶颈，研究团队提出了一套自主控制框架，包含高效任务规划与多级自适应控制策略。该框架使机器人能够精准、流畅地执行类人抓取、开门、森林栖息、物体运输及交互任务，并支持人机协作，帮助行动不便者完成远程运输与空中作业。户外测试涵盖了多场景栖息、狭小空间导航及复杂地形下的负载运输，验证了该飞行器在物流投送与操控任务中的潜力。相关成果发表于《Nature Communications》，展示了集成飞行与操控能力在航空作业、辅助服务与物流配送等领域的新可能性。
关键技术方法包括：1）仿生类手型结构设计，融合人类手部生物特性与飞行器动力学；2）自主任务规划算法，实现多目标决策与路径优化；3）多级自适应控制系统，协调飞行稳定性与抓取精度；4）户外实景测试，涉及森林、狭小空间及复杂地形下的功能验证。研究通过结构设计与控制策略的协同创新，突破了传统飞行机器人功能单一的局限。
自主框架与任务规划
通过构建高效任务规划器与多级控制器，实现了机器人对动态环境的快速响应。研究显示，该框架支持从单目标抓取到多任务协作的平滑过渡，显著提升了操作效率。
抓取与交互性能
在类人抓取测试中，机器人成功完成了对不规则物体的精准操控，并实现了开门等复杂交互任务。结果表明，其抓取成功率在户外环境中达到实用水平，且末端执行器扭矩干扰得到有效抑制。
栖息与穿越能力
机器人能够在树枝、窗台等多种场景实现稳定栖息，并在狭小空间内完成导航穿越。这些能力使其在复杂环境下的长期监测与物资投送中具有独特优势。
负载运输与人机协作
通过户外负载运输测试，验证了机器人应对复杂地形的可靠性。同时，人机协作模块使行动受限用户能够远程控制机器人完成空中操作，拓展了辅助技术的应用场景。
研究结论表明，该类手型飞行机器人通过仿生设计与自主控制的深度融合，解决了传统平台在结构、功能与控制上的关键问题。其协同优势不仅提升了空中操作的精准性与适应性，还为物流配送、环境监测与人机协作等领域提供了新技术路径。讨论部分进一步指出，该研究为集成飞行与操控的一体化系统设立了新标准，未来在智能化与群体协作方面具有广阔发展空间。
