会潜水也会飞的机器海鹦，来了

编者按

在机器人领域，空中飞行与水下游泳长期是两套截然不同的技术体系：无人机追求轻量、气动效率与高速控制，水下机器人则强调耐压、密封、浮力调节与低阻外形。然而自然界早已给出跨介质运动的范本——海鸥、海鹦等海鸟能够从空中俯冲入海，在水下追逐鱼群，再跃出水面飞走。MIT Technology Review 报道，MIT 与瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的工程师正尝试把这种能力转化为机器人设计。这不仅是仿生学的一次有趣演示，更可能打开水空两栖机器人走向实际应用的大门。

从海鹦到“机器海鹦”

海鹦是典型的跨介质运动高手。它们在陆地和空中并不以速度见长，却能以短而快的翅膀在空中灵活飞行；入水后，翅膀又像鳍一样摆动，推动身体在水下潜游。海鸥同样具备从空中扎入海面、短暂潜水再起飞的能力。对工程师而言，这类动物最吸引人的地方不是单一性能，而是“切换能力”：同一套身体结构，要在空气和水两种密度、阻力、浮力完全不同的环境中都保持可控。

“水比空气密度高约1000倍，因此在这两种介质中运动需要非常不同的力学机制——至少人们通常这样认为。”——原文摘要意译

MIT 与 EPFL 团队的研究切入点，正是打破这种“通常认为”。据原文信息，工程师们希望让机器人像海鹦一样完成俯冲、水下航行和重新升空。换句话说，机器人不能只是“会飞的无人机加一个防水壳”，也不能只是“水下机器人装上一对翅膀”，而需要在推进、结构、控制和能源系统上做跨介质重构。

水空两栖为何难

首先难在推进。空中推进强调低密度介质中的高转速或高频扑动，水下推进则要应对高密度、高阻力环境，需要更大的推力和不同的桨叶/翼面角度。若直接用同一套螺旋桨，空中效率可能尚可，水下却容易空化、过载或效率骤降；若为水下优化，空中飞行又可能变得笨重。仿生海鹦的思路是让“翅膀”具备变形或变桨能力：空中高频扑动，水下改变攻角或折叠形态，以类似鳍的方式划水。

其次是水空界面冲击。机器人从空中入水时，要承受瞬时冲击载荷；从水下跃出时，又要克服表面张力和浮力变化。密封、耐压和轻量化之间存在矛盾：耐压壳体越厚越重，飞行能量代价越高；过于轻量又难以承受水下压力。第三是浮力控制。水下机器人通常依靠压载舱或推进器实现上浮下潜，而飞行器对重量极其敏感，如何用最小质量实现可控浮力，是跨介质设计的核心难题之一。

此外还有通信与导航。空中可使用无线电和卫星定位，水下则主要依赖声学通信，带宽低、延迟大；水空切换时，感知系统还要适应光线、折射和介质变化。能源同样是瓶颈：既要支撑飞行巡航，又要支持水下机动，电池重量和续航之间很难平衡。

仿生策略的潜力

从公开摘要看，MIT 与 EPFL 的方案带有鲜明的仿生色彩：以海鹦等海鸟为原型，探索可重构的翼面、双模推进和跨介质控制。工程上可能涉及可变形机翼、变桨推进器、防水轻质材料、压载与姿态调节系统，以及能够在两种介质中切换的控制算法。MIT 在机器人、微制造和控制方面积累深厚，EPFL 在仿生机器人、动态系统与材料工程方面也有长期经验，双方合作有助于把生物观察转化为可验证的工程系统。

值得注意的是，跨介质机器人并非全新概念。过去已有研究尝试让无人机潜入水中，或让水下机器人跃出水面，但多数样机在续航、机动性和环境适应性上仍有明显短板。机器海鹦若能在同一平台上兼顾飞行与水下游泳，其价值在于“快速切换”和“近距离作业”：先飞到目标海域，再入水观察或采样，最后返回空中传输数据。这种模式比分别部署无人机和水下机器人更灵活，也能降低船基作业成本。

应用场景与落地挑战

最直接的应用是海洋生态监测。海鹦、海鸥等海鸟常栖息在海岸和岛屿，机器海鹦可以接近鸟群而不惊扰，在水下记录鱼群、水温、盐度等数据，再飞回岸边或船上。它也可用于水质采样、赤潮监测、近海养殖巡检，以及搜救任务中的水面—水下—空中快速搜索。对于海上风电、港口设施等场景，跨介质机器人还能执行水下结构检查和空中巡检的复合任务。

但从实验室原型到可靠产品，仍有不短的距离。海洋环境腐蚀性强、风浪不可预测，机器人需要更高的自主决策能力；水下通信受限，意味着它不能完全依赖远程遥控；频繁出入水对密封结构提出苛刻要求；成本和可维护性也决定其能否规模化部署。更重要的是，仿生设计不能只追求“像”，还要在效率、载荷和可靠性上证明优势。

结语

“机器海鹦”目前更像一个指向未来的技术信号：当机器人开始学习生物跨越介质的能力，水空边界不再是一道硬墙，而是一个可被设计和利用的接口。MIT 与 EPFL 的工作提醒我们，跨介质机器人真正的突破点，可能不在单一推进器，而在结构、材料、控制与能源的系统协同。自然用了数百万年优化海鹦的翅膀，工程师们则要在更短时间内找到可制造、可控制、可部署的版本。下一步值得关注的是，团队能否公布更完整的样机测试数据，以及它在真实海洋环境中的表现。

本文编译自MIT Technology Review