美国罗格斯大学的一支航空航天工程（603698）团队，正在用一种颠覆性的思路重写人类对“飞行”的想象。他们最新展示的实验性无人机在飞行时不依赖任何电机、齿轮或连杆，而是完全依靠电驱动材料自身的形变来完成振翅和扭转，飞行方式更接近活体生物。
这种概念被称作“固态振翅飞行器”（solid-state ornithopter），核心在于用通电即可变形的智能材料，取代传统无人机复杂的执行机构网络。当电压加在材料上时，材料本身会发生弯曲、扭转等形变，从而驱动机翼挥动。相关研究已发表于《Aerospace Science and Technology》期刊。
该项目由罗格斯大学航空航天工程师 Xin Shan 与 Onur Bilgen 负责。实验机型完全摒弃了常见的马达、连杆和齿轮机构，取而代之的是由多层“智能材料”叠合而成的机翼结构：一层压电材料配合一层碳纤维复合层。当电压施加在压电层上时，整个复合翼面会随之弯曲，形成类似鸟类肌肉收缩驱动翅膀的效果。Bilgen 解释说：“我们给压电材料加电，它就可以直接驱动机翼表面，不需要额外的关节、连杆或电机。”
得益于这种可扭转、可弯曲的柔性机翼，固态振翅无人机在复杂、狭窄、障碍密集的环境中具有天然的机动优势。Bilgen 指出，这类平台适合执行对灵活性和精细操控要求极高的任务，包括环境监测、搜救行动以及穿梭城市建筑间的包裹投递等应用场景。
在实验室中，研究团队还利用计算机建立了详细的数值模型，对这种无人机在空气动力学响应、电控制过程等多个维度上的行为进行仿真，为尚无法实际制造的设计提供验证工具。Bilgen 表示：“通过在模型中做出一定材料假设，我们已经在科学上证明，这类振翅飞行器是可行的。借助数学模型，我们可以提前评估那些目前在工程上还造不出来的设计方案。”
当前的主要限制仍然来自材料性能。“现在可用的压电材料能力还不够强，”Bilgen 直言，但同时强调，模型可以向前“预演”材料技术演进后的潜力。Bilgen 对振翅飞行的兴趣可以追溯到近二十年前，他给自己的研究定下的指导思想是“以简驭繁”：尽量避免模拟自然界中复杂的骨骼与肌肉系统，而是通过更简洁的结构达到类似甚至超越的飞行表现。“我们希望在没有‘骨头’和‘肌肉’般结构的前提下，实现更简单的振翅飞行。”
与其他依赖电机和多关节骨架的仿生鸟不同，Bilgen 团队的做法是将所谓的“宏纤维复合材料”（Macro Fiber Composites，MFC）直接贴附在柔性的碳纤维机翼表面。Bilgen 打了一个比方：“碳纤维就像羽毛和骨骼，表面的 MFC 就像肌肉和神经。”机翼在通电状态下会持续改变形状，实现无关节、无铰链的连续振翅，这也是他将这种结构称为“无机构”（mechanism-free）的原因——振翅完全由材料对电信号的响应驱动，而非传统意义上的机械运动。
研究团队认为，这套思路并不局限于飞行领域。相同的压电材料与结构控制技术有望被应用于可再生能源系统，例如风力涡轮机叶片的自适应调整。“涡轮叶片本质上就是一个旋转机翼，”Bilgen 说，“我们正研究如何在叶片上应用压电材料，以探索它带来的气动性能收益。”通过在运行中实时微调叶片形状，工程师理论上可以更高效地捕获风能，这与自然界通过轻量化、柔性结构提升运动效率的策略异曲同工。
在 Bilgen 看来，鸟类翅膀之所以轻盈而纤细，正是因为“需要移动得快的东西必须够轻”，现代飞机机翼的设计也在不断借鉴这一原则。但他的目标并不仅仅停留在模仿自然。“我们不只想复制自然，”Bilgen 说，“我们希望超越自然所做到的极限。”
这项来自罗格斯大学的固态振翅无人机研究，展示了一条融合空气动力学、材料科学与仿生学的新路径：用电与材料本身的可变形能力，取代传统的机械传动系统，为下一代无人机和风能装备提供了一个极具想象空间的技术雏形。
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