工程师们发明了一款纸飞机投掷机器人来学习更多关于飞行的知识

纸飞机的折法可以决定它飞多快或飞多远。很多人通过反复试验，甚至可能借助一些偶然的机会，得出最佳设计。纸飞机可以仿照真实飞机的结构，也可以仿照飞镖之类的东西。但对于瑞士洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的工程师来说，这个问题可不是儿戏。

本周《科学报告》上发表的一篇新论文提出了一种严格的技术方法来测试折叠几何形状如何影响这些精细飞行物体的轨迹和行为。

“从表面上看，它们只是一个简单的‘玩具’，但却展现出最常被忽视的复杂空气动力学行为，”作者写道。“发射时，可变形的纸结构与周围流体 [空气] 之间会产生复杂的物理相互作用，从而产生特殊的飞行行为。”

为了剖析折叠模式和飞行之间的关系，该团队开发了一个机器人系统，可以制造、测试、分析和模拟纸飞机的飞行行为。这个机器人纸飞机设计师（实际上是一个用硅胶夹子制成的机械臂）可以在没有人工反馈的情况下完成整个过程。

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在这个实验中，机器人手臂制作并发射了 500 多架纸飞机，这些飞机有 50 种不同的设计。然后，它使用摄像机拍摄的飞行画面来获取每种设计的飞行距离和飞行特征的统计数据。

在研究过程中，虽然纸飞机的飞行方式并不总是相同的，但研究人员发现，不同的形状可以分为三大类“行为组”。一些设计遵循俯冲路径，正如你所想象的那样，这意味着在坠落地面之前飞行一小段距离。另一些则采用滑翔，即以一致且相对可控的速度下降，并且比俯冲飞行的距离更长。第三种类型是恢复滑翔，纸飞机在平稳下降之前保持平稳并保持在离地面一定的高度。

研究人员指出：“利用机器人装置的精确性和自动化特性，可以进行大规模实验以实现设计优化。我们提出的机器人设计师可以促进我们对设计问题的理解和探索，这些问题可能是高度概率的，否则观察任何趋势可能具有挑战性。”

当他们说问题是概率问题时，他们指的是每次设计迭代在不同的发射过程中飞行都会有所不同。换句话说，仅仅因为你每次都以相同的方式折叠纸飞机并不能保证它会以完全相同的方式飞行。这种见解也适用于小型飞行器多变的飞行路径。“开发这些模型可用于加速现实世界中机器人对设计的优化——识别飞行给定距离的机翼形状，”他们写道。